DE3316348A1 - Verfahren zum versiegeln einer poroesen beschichtung - Google Patents

Verfahren zum versiegeln einer poroesen beschichtung

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DE3316348A1 DE19833316348 DE3316348A DE3316348A1 DE 3316348 A1 DE3316348 A1 DE 3316348A1 DE 19833316348 DE19833316348 DE 19833316348 DE 3316348 A DE3316348 A DE 3316348A DE 3316348 A1 DE3316348 A1 DE 3316348A1
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Description

/f.
.Anmelder; ' . . '
PTG Plasma-Oberflächentechnik GmbH 7240 Horb
Stuttgart, den 4.5.1983 P 4370 V/Wu
Vertreter:
Kohler - Schwindling - Späth Patentanwälte Hohentwielstraße 7OOO Stuttgart
Verfahren zum Versiegeln einer
porösen Beschichtung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten eines Werkstückes, bei dem das Werkstück mit einer
Beschichtung aus Hartstoff versehen wird, wenigstens ein Teil der Beschichtung mit einem flüssigen, vernetzbaren Kunststoff versehen ist und der Kunststoff gehärtet wird.
-Β-
Ein·derartiges Verfahren ist aus der DE-Z-Industrie-Lackier-Betrieb, 48, Heft 10, Seite 366 (1980) bekannt. Bei dem bekannten Verfahren wird vorgeschlagen, eine Elektronenstrahlvernetzung bei Bindemitteln, beispielsweise Phenolharzen, in der Schleifmittelindustrie zu verwenden. Bei dem bekannten Verfahren wird demnach die Beschichtung des Werkstückes zunächst in der Weise bewirkt, daß ein in körniger Form vorliegendes Schleifmittel mit dem Kunststoff-Bindemittel vermengt und auf das Werkstück aufgetragen wird. Der mechanische Zusammenhalt der Schicht wird in diesem Verfahrensstadium daher durch das Kunststoff-Bindemittel bewirkt. Durch die Anwendung der Elektronenstrahlvernetzung wird das Bindemittel dann ausgehärtet, wodurch die Beschichtung ihre endgültige mechanische Stabili- ■ tat erhält. Das bekannte Verfahren erfordert demnach
eine Elektronenstrahleinrichtung, die nur bei Großserien rentabel einsetzbar ist und ist nur bei solchen Anwendungen einsetzbar, bei denen der Hartstoff in
körniger Form vorliegt und nach Vermengung mit einem
Kunststoff-Bindemittel eine in einem Zwischenstadium · feste mechanische Schicht bildet.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein einfaches, auch bei Kleinserien und Einzelstücken
einsetzbares Verfahren anzugeben, bei dem eine bereits vorhandene, mechanisch hochfeste, jedoch poröse Schicht, mit Hilfe eines Kunststoffes versiegelt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Werkstück zunächst im Plasmasprühverfahren mit der porösen Beschichtung aus Hartstoff, wie Aluminiumoxid, Wolframkarbid, Chrom, Aluminiumoxid und Titandioxid, Nickellegierungen oder Nickel-Aluminiumlegierungen versehen, anschließend die poröse Beschichtung mit dem Kunststoff oder.einem Lack getränkt und schließlich die Kunststoff- bzw. Lackschicht zumindest in ihrem nach außen weisenden Bereich in einem Vakuum gehärtet wird.
Es ist bekannt, metallische Gegenstände, die eine sehr hohe Widerstandsfähigkeit gegen Abrieb aufweisen müssen, im Plasmasprühverfahren mit einer Beschichtung aus einem Hartstoff zu versehen, wobei als Hartstoffe u.a. geeignete Metalle, Oxide und Carbide in Frage kommen. Das Beschichtungsmaterial wird der Plasmasprühdüse in Form eines Pulvers zugeführt, im Plasmastrahl an der Oberfläche der einzelnen Körner geschmolzen und gelangt so zu der zu beschichtenden Oberfläche, wo der Hartstoff einen mehr oder weniger porösen Überzug bildet. Die in dieser Beschichtung enthaltenen Hohlräume sind im· allgemeinen zu einem mehr oder weniger großen Teil Kapillaren. Während die Widerstandsfähigkeit metallischer Körper, die in dieser Weise beschichtet worden sind gegen rein mechanische Abnutzung in der Regel gut ist, ist die Widerstandsfähigkeit gegen chemische Angriffe häufig
- tr-
ungenügend, denn es können durch die Hohlräume der Beschichtung beispielsweise Säuren bis·zu dem metallischen Körper gelangen, diesen angreifen und dadurch ein Ablösen der Beschichtung verursachen.
Die Erfindung hat daher den Vorteil, die Hohlräume in der Beschichtung zu schließen, so daß chemisch aggressive Stoffe nicht bis zur Oberfläche des metallischen Körpers gelangen können.
Der Vorteil der Erfindung liegt ferner darin, daß innerhalb der porösen Beschichtung eine vollkommen geschlossene Schicht des vernetzten Kunststoffs oder Lacks geschaffen wird, die den Zutritt von Säuren oder sonstigen aggressiven Stoffen zur Oberfläche des metallischen Körpers bei geeigneter Auswahl des Kunststoffes mit Sicherheit verhindert. Von Vorteil ist bei der Erfindung weiterhin, daß das Härten im Vakuum wirtschaftlich auch bei Kleinserien oder gar Einzelstücken erfolgen kann, bei Vorhandensein geeigneter Anlagen beispielsweise in einer Zeit von wenigen Minuten, bis zu einigen Stunden, wobei eine Erwärmung der Kunststoffschicht und somit des die Beschichtung tragenden .Körpers nicht erfolgt. Es können da.her auch gegen Temperaturerhöhungen empfindliche Körper mit dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt werden. Da zumindest der äußere Bereich der Kunststoffschicht nach dem Entnehmen aus dem Vakuum gehärtet und somit trocken ist, können die beschichteten Körper unmittelbar nach
rCOPYj
(.ium Entnehmen aus dem Vakuum, weiter "bearbeitet, werden.
PUr den beabsichtigten Korrosionsschutz der metallischen Oberfläche des -beschichteten Körpers ist es nicht unbedingt erforderlich, daß der Kunststoff überall bis zur metallischen Oberfläche vordringt.
Eine besonders gute Wirkung wird erzielt, wenn der Unterdruck des Vakuums in einem Bereich, von 10" bis 10""* Torr liegt, vorzugsweise bei 10 J Torr. Der erfinderische Erfolg tritt dabei nicht bei einem speziellen Druckwert, sondern- abhängig von der Art des verwendeten Kunststoffes, der Menge des Kunststoffes, der Temperatur usf. - in einem breiten Druckbereich ein, der je nach Anwendungsfall vom Durchschnittsfachmann leicht ermittelt werden kann. "Die Ausuärtezeit kann zwischen einigen Minuten und einigen Stunden liegen, bevorzugt ist ein Bereich zwischen 45 Minuten und 1 Stunde.
Da es für viele Fälle vorteilhaft ist, wenn die Kunststoffschicht möglichst tief in die poröse Beschichtung eindringt, ist gemäß einer Ausführungsforra der Erfindung vorgesehen, daß der Körper vor dem Aufbringen des flüssigen Kunststoffes auf eine geeignete Temperatur im Bereich von 50° bis 1200G, :beijpielsweise auf etwa 800G erwärmt .wird, und daß der Kunststoff anschließend auf den erwärmten Körper aufgebracht, insbesondere aufgesprüht wird. Durch das Erwärmen auf die verhältnismäßig niedrige Temperatur von beispielsweise 80°C, die auch von empfindlichen Körpern ohne G-efahr aufgehalten wird, wird die in den Hohlräumen der Hartstoffbeschichtung enthaltene Luft zu einem großen Teil ausgetrieben und es wird daher das Eindringen de3 flüssigen Kunststoffs bis in die Tiefe der porösen Schicht erleichtert. Der
Kunststoff wird dabei aufgebracht, solange der Körper noch warm ist, so daß der flüssige Kunststoff bei der Abkühlung der in den Poren noch enthaltenen Luft in tiefere Bereiche der porösen Schicht eindringen kann. Durch Aufsprühen kann die Menge des aufgebrachten flüssigen Kunststoffs besonders einfach den jeweiligen Erfordernissen angepaßt werden.
Vorteilhaft ist es, gemäß einer Ausführungsform der WrfLndurig einen flüssigen Kunststoff geringer Viskosität au verwenden,·vorzugsweise einen Kunststoff, der flüssiger als Wasser ist. Dadurch wird das Eindringen des Kunststoffs in die Hohlräume der Hartstoffbeschichtung erleichtert.
Bei Ausführungsformen der Erfindung wird das Verfahren so angewandt', daß lediglich eine einzige Kunststoffbeschichtung vorgesehen wird, die dann im allgemeinen die gesamte Dicke der Hartstoffbeschichtung einnimmt, "öei anderen Ausführungsformen der Erfindung ist jedoch vorgesehen, daß die poröse Beschichtung zunächst nur in ihrem dem metallischen Körper benachbarten Bereich getränkt wird, und daß nach dem Aushärten im Vakuum der Körper wiederum mit einem Kunststoff getränkt wird, der ebenfalls im Vakuum ausgehärtet wird. Es kann hierbei bei Ausführungsformen der Erfindung der gleiche Kunststoff verwendet werden, wenn in besonderen Fällen beispielsweise eine gewünschte Aushärtung bis in relativ große Tiefe nicht in einem einzigen Vorgang ,erfolgen lcann, weil die Kunststoffschicht hierzu zu dick ist; bei anderen Ausführungsformen der Erfindung werden jedoch unterschiedliche Kunststoffe verwendet. Insbesondere kann die äußere Kunststoffschicht so gewählt sein, daß sich t3in besonders niedriger Reibungskoeffizient des Körpers ergibt; die äußere fertig gehärtete Kunststoffschicht kann in diesem insbesondere Polytetrafluorethylen nein.
Bei ebenen Werkstücken kann das Eindringen des Kunststoffes nur in den dem metallischen Körper benachbarten Bereich der porösen Beschichtung dadurch bewirkt werden, daß auf die poröse Schicht nur eine beschränkte zur Füllung der dem metallischen Körper benachbarten Kapillaren erforderliche Menge Kunststoff aufgebracht wird, der dann durch entsprechende Erwärmung in Folge der Schwerkraft nach unten sikkert, wobei wegen der begrenzten Menge des flüssigen Kunststoff die oberen Bereiche vom Kunststoff wieder, frei werden und nach dem Aushärten des eingebrachten Kunststoffes mit einem anderen Kunststoff gefüllt werden können. Wo ein derartiges Verfahren nicht möglich ist, kann die ganze Beschichtung mit einem bestimmten Kunststoff angefüllt werden und das Werkstück auf eine Temperatur erwärmt werden, bei der der flüssige Kunststoff aus dem oberflächennahen Bereich verdampft, wobei darin bei dieser Temperatur bereits eine Aushärtung des verbleibenden Kunststoffes erfolgen kann. In den durch Verdampfung des Kunststoffes frei gewordenen Bereich der porösen Schicht kann dann ein anderer Kunststoff eingebracht und durch Elektronenbestrahlung ausgehärtet werden. Um die Verdampfung des Kunststoffes an der Oberfläche zu'larrerrciteii-^^Jcann die Erwärmung so vorgenommen werden, daß sich dieser an der Oberfläche befindliche Bereich der Schicht stärker erwärmt als der dem metallischen Körper benachbarte Bereich der porösen Schicht.
Bin wichtiger Vorteil der Erfindung liegt noch in folgendem: Muß ein mit llartstoff beschichteter Körper, beispielsweise ein Zylinder einer Druckmaschine, zur Erzielung einer.ausreichend glatten Oberfläche geschliffen werden, so werden häufig ganze Körner des Beschichtungsstoffs aus der Beschichtung gerissen, .so daß ein bestimmtes Maß der Rauhtiefe
nicht unterschritten werden kann. Ist der Körper dagegen mit der erfindungsgemäßen Versiegelung versehen, so hält die vernetzte Kunststoffschicht insbesondere dann, wenn sie bis in größere Tiefen der Beschichtung reicht, die Körper der Hartstoffbeschichtung fest, so daß beim SchleifVorgang einzelne zu weit nach außen ragende Körner teilweise abgetragen werden, wie dies erwünscht ist, aber nicht vollständig aus der Beschichtung herausgerissen werden. Für diese. Anwendungen sind als Hartstoffe Aluminiumoxid mit Titandioxid oder Nickellegierungen oder Nickel-Aluminiumlegierungen besonders geeignet.
Die Erfindung wird im folgenden anhand einen Ausführungobeispieles beschrieben. Ein metallischer Körper, bei dem ed sich im Ausführungsbeispiel .um einen Druckzylinder einer Druckmaschine handelt, und der aus Stahl besteht und Abmessungen von 180 cm Länge und 85 cm Durchmesser aufweist, wird im Plasmasprühverfahren mit einer Schicht aus Wolframkarbid überzogen. Diese Beschichtung hat eine Dicke im Bereich von 50 bis 300 yam, beispielsweise etwa 100 /im. Das Plasmasprühverfahren oder, wie es auch genannt wird, Plasmaspritzen, und die hierfür erforderlichen Vorrichtungen sind bekannt. Dabei wird ein Gas einem Lichtbogen-Plasmabrenner zugef"ihrt und in dem Lichtbogen je nach Art des Gases dissoziiert und ionisiert. Kurz vor dem Düsenaustritt wird dem unter hoher Geschwindigkeit ausströmenden Plasma das pulverisierte ppritzgut, also der Hartstoff, mit Iilife eines Trägergases zugeführt. Als Plasmagas wird häufig Argon verwendet.. Anschließend wird der mit der dar ts tof fboseh i -;h tun;', versehene Körper so erwärmt, daß die Temperatur des Körpers von innen nach außen etwas abnimmt. Die- Krwiirmun.", bewirkt, ·\·ν.ί die in den Poren der Oberflächenschicht unthal.tono Luft ;»röü tantei 1 a entweicht. Hierauf wird d>;r besch ich fco to K'irpor
mit einem flüssigen Kunststoff "besprüht, der unten näher angegeben ist. Dieser Kunststoff zieht, zumindest teilweise auch infolge von Kapillarwirkung, in die Poren der "Beschichtung ein, nicht zuletzt deshalb, weil der flüssige Kunststoff unter weiterer Verflüssigung in die wärmeren Bereiche der Beschichtung, also nach innen, vordringt.
Das Besprühen erfolgt unmittelbar nach dem Erwärmen des v/erkstücks auf etwa 80°G, damit die aus den Poren der Beschichtung ausgetretene Luft nicht inzwischen wieder eindringt.
Anschließend an das Besprühen wird das Werkstück einem Unterdruck (Vakuum) ausgesetzt, der in einem Ausführungsbeispiel 10 Torr beträgt. Ein derartiger Unterdruck kann mit geeigneten Pumpen in einer entsprechend dimensionierten Kammer erzeugt werden, wie dies an sich bekannt ist. "Das Werkstück verbleibt dann etwa 45 Minuten bis eine Stunde unter Einwirkung des Unterdruckes in der Kammer.
Es.ist gelegentlich nicht erforderlich, daß die gesamte Kunststoffschicht im Vakuum gehärtet wird, es' genügt vielmehr, wenn die gehärtete Schicht so tief ist, daß sie bei einer nachfolgenden Bearbeitung nicht ganz abgetragen wird, so daß auch nach einer nachfolgenden Bearbeitung die Oberfläche dea Werkstücks mit ausgehärtetem Kunststoff bedeckt ist. Der unterhalb dieser ausgehärteten Kunststoffschicht befindliche Kunststoff härtet dann im Laufe der Zeit aus, beispielsweise innerhalb von, etwa 2 bis 10 Wochen.
Dia Verriegelung durch den im Vakuum gehärteten Kunststoff il3o außerordentlich wirksam. Sine unversiegelte, im Plasm.'iüpri hzverfahren aufgebrachte Schicht wird beispielsweise
bei einem einzigen Arbeitsgang durch Sandstrahlen mit Korund entfernt. Ist eine erfindungsgemäße ausgehärtete Künste to Cfschicht in die Hartstoffschicht eingebracht, so sind zum Entfernen dieser kombinierten Schicht etwa sechs derartige Sandstrahlvorgänge erforderlich.
Durch die gehärtete Kunststoffschicht ist es erstmals möglich, Werkstücke mit im Plasmasprühverfahren vergüteten Oberflächen im chemischen Bereich zu verwenden, wo ohne Vorhandensein der gehärteten Kunststoffschicht die Hartstoffbeschichtung durch Korrosion des diese Schicht.tragenden Metallkörpers Schaden nehmen würde. Eine Tränkung, der Hartstoffschicht mit einem nicht ausgehärteten Kunststoff könnte dagegen die Korrosion des Metallkörpers nicht mit Sicherheit verhindern.
Wollte man die in die Hartstoffschicht eingebrachte flüssige Kunststoffschicht durch Anwendung erhöhter Temperaturen innerhalb relativ kurzer Zeit vernetzen, so müßten hierfür Temperaturen zwischen 1300C und 25O°C, je nach Art des verwendeten Kunststoffes angewendet werden.
Zur Zeit wird als günstig die Verwendung eines hochmolekularen Kunststoffes angesehen, der im wesentlichen aus PoIyäthylen-ulycol unter Beimengung von aliphatischen Kohlenwasserstoffen, z.T. in Form des Dimethacrylats besteht, und der die üblichen Zusätze von Weichmacher Polymer-Verdicker, Peroxid, Toluidin, Saccharin, Füllstoffen, Pigmenten, Stabi-Lisatoren und dgl. aufweist.
COPY

Claims (10)

Patentansprüche
1. Verfahren zum Beschichten eines Werkstückes, bei dem das Werkstück mit einer Beschichtung aus Hartstoff versehen wird, wenigstens ein Teil der Beschichtung mit einem flüssigen, vernetzbaren Kunststoff versehen ist, und der Kunststoff gehärtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück zunächst im Plasmasprühverfahren mit der porösen Beschichtung aus Hartstoff, wie Aluminiumoxid, Wolframkar "bid, Aluminiumoxid
' . " "und Titandioxid, Nickellegierungen oder NickelTAluminiumlegierunten versehen, anschließend die poröse Beschichtung mit dem Kunststoff oder einem lack getränkt und schließlich die Kunststoff- "bzw. Lackschicht zumindest in ihrem- nach außen, weisenden Bereich in einem Vakuum gehärtet wird.
2. Verfahren, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterdruck des Vakuums in einem Bereich von 10 bis 10""* Torr liegt.
3- Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
—'S
der Unterdruck des Vakuums etwalO ^ Torr beträgt.
4-. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aushärtezeit im Vakuum zwischen einigen Minuten und einigen Stunden liegt.
• I I
tr-· ·
t t * ·
5. Verfahren nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die Aunhärtezeit 45 Minuten bis 1 Stunde beträgt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück vor dem /Aufbringen des flüssigen Kunststoffs oder Lacks auf etwa 800O erwärmt wird, und daß der Kunststoff "bzw. Lack auf das erwärmte Werkstück aufgebracht wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche," dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff auf die "Beschichtung aufgesprüht wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kunststoff oder Lack geringer Viskosität verwendet wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des flüssigen Kunststoffs oder Lacks derart bemessen ist, daß die poröse Beschichtung nur in ihren unteren Bereichen getränkt wird, und daß nach dem Härten dieser Kunststoffschicht das Werkstück wiederum mit einem ri"l~.3igen Kunststoff oder Lack getränkt wird, der ebenfalls gehärtet wird.,
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ORIGINAL INSPECTED
Γ' „,--»·!·. I'll K
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10. Verfahren nach Anspruch 9i dadurch gekennzeichnet, ;: daß unterschiedliche Kunststoffe bzw. Lacke für die
unterschiedlichen Tränkungsvorgänge verwendet werden.
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.ORIGINAL INSPECTED
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