DE3316348C2 - Verfahren zum Beschichten eines Werkstückes - Google Patents

Verfahren zum Beschichten eines Werkstückes

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Abstract

Ein Verfahren zum Versiegeln einer im Plasmasprühverfahren auf einem Werkstück aufgebrachten porösen Beschichtung aus Hartstoff, wie Aluminiumoxid, Wolframkarbid, Chrom, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung mit einem flüssigen vernetzbaren Kunststoff oder Lack getränkt wird, und die Kunststoff- bzw. Lackschicht zumindest in ihrem nach außen weisenden Bereich im Vakuum gehärtet wird. Dadurch kann in der porösen Schicht eine geschlossene Schicht des Kunststoffes oder Lacks hergestellt werden, die den Zutritt von aggressiven Stoffen zum Werkstück verhindert.

Description

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.
Ein derartiges Verfahren ist aus der DE-Z-Industrie-Lackier-Betrieb, 48, Heft 10. Seite 366 (1980), bekannt. Bei den 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-Bindemitte! vermengt und auf das Werkstück aufgetragen wird. Der mechanisehe 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
ίο Stabilität 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 ge-
jo tränkt 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 a!s 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 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 ge-
to schlossene 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 daher 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 dem Entnehmen aus dem Vakuum weiter bearbeitet werden.
Für 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 133—0.0133 Pa liegt, vorzugsweise bei 0,13 j Pa. Der erfinderijche 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 Aushärtezeit 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 Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, daß der Körper vor dem Aufbringen des flüssigen Kunststoffes auf eine geeignete Temperatur im Bereich von 50° bis 120° C, beispielsweise auf etwa 80°C erwärmt wird, und daß der Kunststoff anschließend auf den erwärmten Körper aufgebracht, insbesonsere aufgesprüht wird. Durch das Erwärmen auf die verhältnismäßig niedrige Temperatur von beispielsweise 80°C, die auch von empfindlichen Körpern ohne Gefahr ausgehalten wird, wird die in den Hohlräumen der Hartstoffbeschichtung enthaltene Luft zu einem großen Teil ausgetrieben, und es wird das Eindringen des 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 Erfindung einen flüssigen Kunststoff geringer Viskosität zu 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 Bei 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 ge wünschte Aushärtung bis in relativ große Tiefe nicht in einem einzigen Vorgang erfolgen kann, 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 ein besonders niedriger Reibungskoeffizient des Körpers ergibt; die äußere fertig gehärtete Kunststoffschicht kann in diesem Falle insbesondere Polytetrafluoräthylen sein.
ίο 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 Kunststoffs 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 dann 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 erreichen, kann die Erwärmung so vorgenommen werden, daß sich die ser an der Oberfläche befindliche Bereich der Schicht stärker erwärmt als der dem metallischen Körper benachbarte Bereich der porösen Schicht.
Ein wichtiger Vorteil der Erfindung liegt noch in folgendem: Muß ein mit Hartstoff beschichteter Körper, beispielsweise ein Zylinder einer Druckmaschine, zur Erzielung einer ausreichend glatten Oberfläche geschliffen werden, so werden häufig ganze Körper 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 Schleif- Vorgang einzelne zu weit nach außen rangende Körner teilweise abgetragen werden, wie dies erwünscht ist, aber nicht vollständig aus der Beschichtung herausgerissen werden. Für diese Anwendung sind als Hartstoffe Aluminiumoxid mit Titandioxid oder Nickellegierungen oder Nickel-Aluminiumlegierungen besonders geeignet. Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles beschrieben. Ein metallischer Körper, bei dem es 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 μπι, beispielsweise etwa 100 μίτι. Das Plasma sprühverfahren oder, wie es auch genannt wird. Plasma spritzen, und die hierfür eforderlichen Vorrichtungen sind bekannt. Dabei wird ein Gas einem Lichtbogen-Plasmabrenner zugeführt 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 Spritzgut, also der Hartstoff, mit Hilfe eines Trägergases zugeführt. Als Plasmagas wird häufig Argon verwendet. Anschließend wird der mit der Hartstoffbeschichtung versehene Körper so erwärmt, daß die Temperatur des, Körpers von innen nach außen etwas abnimmt. Die Erwärmung bewirkt, daß die in den Poren der Oberflächenschicht enthaltene Luft größtenteils entweicht. Hierauf wird der beschichtete Körper 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 Werkstücks auf etwa 80° C, 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 0.133 Pa 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 des Werkstücks mit ausgehärtetem Kunststoff bedeckt ist. Der unterhalb dieser ausgehärteten Kunststoffschicht befindliche Kunststoff härtet dann im Laufe der Zeit aus, beispielsweise innerhalb von etwr. 2 bis 10 Wochen.
Die Versiegelung durch den im Vakuum gehärteten Kunststoff ist außerordentlich wirksam. Eine unversiegelte, im Plasmaspritzverfahren aufgebrachte Schicht wird beispielsweise bei einem einzigen Arbeitsgang durch Sandstrahlen mit Korund entfernt. Ist eine erfindungsgemäße ausgehärtete Kunststoffschicht 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 ei nem 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 130°C und 250°C, je nach Art des verwendeten Kunststoffes angewendet werden.
Zur Zeit wird als günstig die Verwendung eines hochmolekularen Kunststoffes angesehen, der im wesentlichen aus Polyäthylen-Glyrol unter Beimengung von aliohatischen Kohlenwasserstoffen. z.T. in Form des Di-
methacrylats, besteht, und der die üblichen Zusätze von Weichmacher, Polymer-Verdicker, Peroxid, Toluidin, Saccharin, Füllstoffen, Pigmenten. Stabilisatoren und dgl. aufweist.
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Claims (9)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Beschichten eines Werkstückes, bei dem das Werkstück mit einer Beschichtung aus Hartstoff versehen wirJ. 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. Wolframkarbid. 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.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Härtung bei einem. Vakuum-Unterdruck zwischen 13.3 bis 0.0133 Pa erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Härtung bei einem Vakuum-Unterdruck von 0.133 Pa erfolgt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aushärtung während einer Zeitdauer von 45 Minuten bis 1 Stunde erfolgt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück vor dem Aufbringen des flüssigen Kunststoffes oder Lackes auf 80° erwärmt wird und daß der Kunststof bzw. Lack auf das erwärmte Werkstück aufgebracht wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff auf die Beschichtung aufgesprüht wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kunststoffoder Lack geringer Viskosität verwenoet wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des flüssigen Kunststoffes oder Lackes derart bemessen ist, daß die poröse Beschichtung nur in ihren unteren Bereichen getränkt wird, und daß nach dem Härten diese Kunststoffschicht das Werkstück wiederum mit einem flüssigen Kunststoff oder Lack getränkt wird, der ebenfalls gehärtet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß unterschiedliche Kunststoffe bzw. Lakke für die unterschiedlichen Tränkungsvorgänge verwendet werden.
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