DE3422138A1

DE3422138A1 - METHOD AND COATING MATERIAL FOR PRODUCING CERAMIC / METAL COMPOSITE COATINGS

Info

Publication number: DE3422138A1
Application number: DE19843422138
Authority: DE
Inventors: Welf Dr. Amende; Paul Dr. 8000 München Harmathy
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MT Aerospace AG
Priority date: 1984-06-14
Filing date: 1984-06-14
Publication date: 1985-12-19
Also published as: DE3422138C2; EP0167793A1; JPS6112861A

Description

M.A.N. MASCHINENFABRIK AUGSBURG-NÜRNBERG Aktiengesellschaft gü/sdM.A.N. MASCHINENFABRIK AUGSBURG-NÜRNBERG Aktiengesellschaft gü / sd

München, 14. Juni 1984Munich, June 14, 1984

Verfahren und Beschichtungsmaterial zum Herstellen von Keramik/Metali-VerbundbeschichtungenMethod and coating material for producing ceramic / metal composite coatings

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Keramik/Metal1-Verbundschichten im Spritzverfahren sowie auf ein Beschichtungsmaterial dazu.The invention relates to a method of manufacture of ceramic / metal1 composite layers by spraying as well as a coating material in addition.

Es ist bekannt, hohen Temperaturen ausgesetzte Gegenstände mit einer Keramikbeschichtung zu isolieren. Die Schichtdicke des Keramiküberzuges richtet sich nach den Isolieranforderungen, wobei jedoch aufgrund der hohen Temperaturspannungen, die im Keramikmaterial auftreten können die Schichtdicke eines Keramiküberzuges stark begrenzt ist. Es sind allerdings reine Keramikschichten mit stärkerer Schichtdicke mit dem Plasmaspritzverfahren herstellbar. Das auf ein Subsatrat aufgebrachte Material hat bei diesem Verfahren sehr hohe Temperaturen und einen geringen Temperaturgradien- ^O ten, so daß etwaige Spannungen in den noch flüssigen Gebieten abgebaut werden können. Jedoch sind diese Schichten bei insbesondere stärkerem Temperaturwechsel nicht beständig.It is known to insulate objects exposed to high temperatures with a ceramic coating. The layer thickness of the ceramic coating depends on the insulation requirements, but due to the high temperature stresses that occur in the ceramic material the layer thickness of a ceramic coating is severely limited. However, they are pure Ceramic layers with thicker layers can be produced with the plasma spraying process. That on a subsatrat In this process, the applied material has very high temperatures and a low temperature gradient. ^ O th, so that any tension in the still liquid Areas can be mined. However, these layers are particularly subject to greater temperature changes not constant.

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Die Schichtdickengrenze läßt sich bekannterweise mit einer Verbundbeschichtung aus Keramik und Metall erweitern. Zur Herstellung einer solchen Verbundschicht wird zunächst eine Keramikschicht und darauf eine Metallschicht aufgebracht. Dieses bekannte Verfahren erfordert jedoch zwei Arbeitsgänge.As is known, the layer thickness limit can be set with a composite coating made of ceramic and metal. For the production of such a composite layer is first a ceramic layer and then a metal layer upset. However, this known method requires two operations.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem sich eine beständige Keramik/Metall-Schicht mit möglichst geringem Arbeitsaufwand auf ein Substrat aufbringen läßt.The invention is based on the object of a method of the type mentioned to create with which a permanent ceramic / metal layer can be applied to a substrate with as little effort as possible.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß mit den im Anspruch gekennzeichneten Merkmalen gelöst.The object is achieved according to the invention with the features characterized in the claim.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein einziger Arbeitsgang, nämlich das Aufspritzen der Materialmischung benötigt, wobei das Keramikmaterial bei einer geringeren Temperatur als bei den bekannten Verfahren verarbeitet werden kann, nachdem es auf dem Substrat in das weichere Metall eingebettet wird. Bei der so erzeugten Isolierschicht sind die beiden Komponenten, nämlich das Metall und das Keramikmaterial innerhalb der gesamten Schicht vermischt, so daß außerdem eine bessere Aufnahme von Spannungskräften durch das Metall erfolgen kann, als es bei der Nacheinanderbeschichtung von Keramik und Metall möglich ist. Es hat sich auch gezeigt, daß eine derartige Schicht eine hohe physikalische, mechanische und chemische Beständigkeit hat.With the method according to the invention, a single Work step, namely the spraying of the material mixture required, the ceramic material at a lower temperature than with the known method can be processed after it is on the substrate embedded in the softer metal. In the insulating layer produced in this way, the two components namely, the metal and the ceramic material mixed within the entire layer, so that also a Better absorption of tension forces can take place through the metal than with the subsequent coating ceramic and metal is possible. It has also been shown that such a layer has a high physical, has mechanical and chemical resistance.

Sie eignet sich somit nicht nur zur Herstellung von Wärmeisolierschichten, sondern auch für vi»r ;chl äi Shen.neMde Überzüge.It is therefore not only suitable for the production of thermal insulation layers, but also for vi »r; chl äi Shen.neMde Coatings.

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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird das Metall in im Keramikmaterial eingebetteter Form dem Aufspritzvorgang zugeführt.According to a further embodiment of the invention, the Metal in the form embedded in the ceramic material Injection process supplied.

Dies hat den Vorteil, daß die hohen, zur Aufschmelzung des Keramikmaterials erforderlichen Temperaturen nicht direkt das Metall beaufschlagen und somit eine Verdampfung des Metalls im Aufspritzvorgang vermieden wird.This has the advantage that the high, to melt the Ceramic material required temperatures not directly act on the metal and thus avoid evaporation of the metal in the spray-on process.

Vorzugsweise wird eine Aufbereitung des Beschichtungsmaterials in der Form eines Keramikrohres mit einer Metall- oder metallhaltigen Seele vorgeschlagen.A preparation of the coating material is preferred proposed in the form of a ceramic tube with a metal or metal core.

Dieses Verbund-Beschichtungsmaterial wird in einer einfachen Form durch Ziehen von Keramikrohren und Auffüllen mit dem entsprechenden Metall hergestellt. Das Metall oder ein metallhaltiges Material kann dabei als Pulver, in flüssiger Form oder als Draht in das KeramikrohrThis composite coating material is made in a simple manner Form made by drawing ceramic tubes and filling with the appropriate metal. The metal or a metal-containing material can be used as a powder, in liquid form or as a wire into the ceramic tube

eingebracht werden.
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Ein so aufbereitetes Beschichtungsmaterial hat viele Vorteile. Bei der Verwendung eines Drahtkernes kann eine Endlosschlaufe durch Aufreihen von Keramikrohrstücken hergestellt werden. Der Draht und das Keramikrohr können - wenn erforderlich oder für einen bestimmten Anwendungsfall zweckmäßig - mit unterschiedlichen Vorschubgeschubsgeschwindigkeiten angetrieben werden.Many people have a coating material prepared in this way Advantages. When using a wire core, an endless loop can be created by stringing together pieces of ceramic pipe getting produced. The wire and the ceramic tube can - if necessary or for a specific Use case appropriate - with different feed rates are driven.

Es ist ferner möglich, die Konzentration des Kernmaterials kontinuierlich zu variieren. Dieses kann gegebenenfalls auch elektronisch während des Aufspritzvorganges erfolgen, indem ein pulverfömiges Kernmaterial elektronisch in Abhängigkeit des momentanen Beschichtungszustandes gemischt und in das Keramikrohr ³^ eingeführt wird.It is also possible to vary the concentration of the core material continuously. This can optionally also be done electronically during the spraying-on process, in that a powdery core material is electronically mixed depending on the current coating state and introduced into the ceramic tube ³ ^.

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Um eine gute Haftung der Schicht auf dem Substrat zu erreichen, ist es je nach Beschaffenheit des Substrats zweckmäßig, zunächst eine metallreiche Schicht aufzubringen und kontinuierlich die Keramikkonzentration mit zunehmender Schichtdicke zu erhöhen, um die gewünschte Isolier- und verschleißhemmende Wirkung zu erreichen. Die Konzentration in der Beschichtung wird durch Ändern der Konzentration eines aus Metall und Keramikmaterial bestehenden Kernmaterials oder durch Veränderung des Relativvorschubes zwischen Kernmaterial und Keramikrohr erreicht.To ensure good adhesion of the layer on the substrate reach, it depends on the nature of the substrate It is advisable to first apply a metal-rich layer and continuously increase the ceramic concentration as it increases To increase the layer thickness in order to achieve the desired insulating and wear-inhibiting effect. The concentration in the coating is changing the concentration of a core material consisting of metal and ceramic material or by changing the Relative feed achieved between core material and ceramic tube.

Im Aufspritzvorgang dient das Keramikrohr gleichzeitig zur Wärmeisolierung für das Metall, so daß dieses nicht bis auf die Verdampfungstemperatur erhitzt wird.In the spray-on process, the ceramic tube also serves as a thermal insulation for the metal, so that this is not heated up to the evaporation temperature.

Es konnte festgestellt werden, daß das Material im Spritzvorgang in ähnlicher Form eines gespitzten Bleistiftes vom Stab abgetragen wird, wobei Keramik und Metall gleichzeitig auf das Substrat aufgebracht werden.It was found that the material in the injection molding process resembles a sharpened pencil is removed from the rod, with ceramic and metal being applied to the substrate at the same time.

In der Zeichnung ist ein AusfUhrungsbeispiel schematisch dargestellt. Das Beschichtungsmaterial ist ein Stab 12, bestehend aus einem Keramikrohr 10, z.B. aus Aluminiumoxid, Zirconoxid mit einer Metallseele 11, z.B. aus Co, CrNi, Metal 1/Keramikmaterial, der in einer Spritzvorrichtung 13 aufgeschmolzen wird. Mit Hilfe eines gasförmigen Strömungsmittels 14 wird das aufgeschmolzene Verbundmaterial auf ein Substrat 15 aufgebracht.An exemplary embodiment is shown schematically in the drawing shown. The coating material is a rod 12, consisting of a ceramic tube 10, e.g. made of aluminum oxide, zirconium oxide with a metal core 11, e.g. made of Co, CrNi, Metal 1 / ceramic material in a spray device 13 is melted. With the help of a gaseous fluid 14, the melted Composite material applied to a substrate 15.

Der Stab 12 wird innerhalb der Spritzvorrichtung 13 auf eine Temperatur erwärmt, die das Keramikmaterial zum Schmelzen bringt. Isoliert durch das Keramikrohr erhitzt sich der Metallkern 11 nicht bis auf die von außen beaufschlagte Temperatur, sondern auf eine niedrigere Temperatur, die ausreicht um das MetallThe rod 12 is inside the spray device 13 heated to a temperature that the ceramic material melts. Insulated by the ceramic tube, the metal core 11 does not heat up up to the externally applied temperature, but on a lower temperature that is sufficient to keep the metal

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zum Schmelzen, jedoch nicht zum Verdampfen zu bringen. Der Abtrag des Beschichtungsmaterials erfolgt an der Spitze 16 des Stabes mit konischem Verlauf, so daß mit dem Abtrag des Keramikmaterials von der Spitze aus flüssiges Metall mitgezogen werden kann.to melt but not to evaporate. The coating material is removed the tip 16 of the rod with a conical shape, so that with the removal of the ceramic material from the tip can be dragged from liquid metal.

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Claims

-Χ M.AN MASCHINENFABRIK AUGSBURG-NÜRNBERG Aktiengesellschaft

gü / sd

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Claims

1. Process for the production of ceramic / metal1 composite coatings by spraying, characterized in that the metal is sprayed on together with the ceramic material.

2. The method according to claim 1, characterized in that that the metal is embedded in the ceramic material Form is fed to the spraying process.

3. Coating material for performing the Method according to claim 1, characterized in that the coating material is the mold a ceramic tube (10) with a metal core (11) or a metal-containing core.

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