DE3422138C2

DE3422138C2 -

Info

Publication number: DE3422138C2
Application number: DE3422138A
Authority: DE
Inventors: Welf Dr. Amende; Paul Dr. 8000 Muenchen De Harmathy
Original assignee: MAN Technologie AG
Current assignee: MT Aerospace AG
Priority date: 1984-06-14
Filing date: 1984-06-14
Publication date: 1991-06-20
Also published as: JPS6112861A; EP0167793A1; DE3422138A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Keramik/Metall-Verbundschichten auf Substraten mit Spritzverfahren unter Verwendung einer Spritzvorrichtung, mit der das keramische Material zusammen mit dem metal lischen bzw. metallkeramischen Material auf das Substrat mit während des Spritzvorganges veränderbarer Zusammen setzung aufgespritzt wird.The invention relates to a method for manufacturing of ceramic / metal composite layers on substrates with Spraying method using a spraying device, with which the ceramic material together with the metal Mix or metal-ceramic material on the substrate with changeable together during the spraying process is sprayed on.

Es ist bekannt, hohen Temperaturen ausgesetzte Gegenstände mit einer Keramikbeschichtung zu isolieren. Die Schicht dicke des Keramiküberzuges richtet sich nach den Isolier anforderungen, wobei jedoch aufgrund der hohen Temperatur spannungen, die im Keramikmaterial auftreten können, die Schichtdicke eines Keramiküberzuges stark begrenzt ist. Es sind allerdings reine Keramikschichten mit stärkerer Schichtdicke mit dem Plasmaverfahren herstellbar. Das auf ein Substrat aufgebrachte Material hat bei diesem Verfahren sehr hohe Temperaturen und einen geringen Temperaturgra dienten, so daß etwaige Spannungen in den noch flüssigen Gebieten abgebaut werden können. Jedoch sind diese Schich ten bei insbesondere stärkerem Temperaturwechsel nicht beständig. Objects are known to be exposed to high temperatures insulated with a ceramic coating. The layer The thickness of the ceramic coating depends on the insulation requirements, however due to the high temperature stresses that can occur in the ceramic material Layer thickness of a ceramic coating is very limited. However, they are pure ceramic layers with thicker ones Layer thickness can be produced with the plasma process. That on In this process, a substrate applied material very high temperatures and a low temperature served so that any tensions in the still fluid Areas can be mined. However, these are layers ten in particular with stronger temperature changes resistant.

Die Schichtdickengrenze läßt sich bekannterweise mit einer Verbundbeschichtung aus Keramik und Metall erweitern. Zur Herstellung einer solchen Verbundschicht ist aus der DE 32 46 303 A1 ein Verfahren der eingangs genannten Art bekanntgeworden, bei dem eine Keramik/Metall-Schicht mit veränderbarer Zusamensetzung aufgebracht wird. Dieses wird durch Veränderung der Beschichtungsmischung in Verbindung mit Änderungen der Temperatur des Substrats durchgeführt.The layer thickness limit can be known with a Expand composite coating from ceramic and metal. To Production of such a composite layer is from the DE 32 46 303 A1 a method of the type mentioned become known in which a ceramic / metal layer with changeable composition is applied. This will by changing the coating mixture in combination performed with changes in the temperature of the substrate.

Aus der FR 14 34 948 ist eine Vereinfachung der Zuführung der Beschichtungsmischung bekannt, die darin besteht, das Metall stabförmig auszubilden und mit der zweiten Kompo nente, in diesem Fall Glas, zu umgeben. Mit dieser stab förmigen Zuführung der Beschichtungsmischung ist eine Kon zentrationsänderung nur durch Auswechseln des Stabes mög lich, was aber nicht zur Herstellung von kontinuierlich sich verändenrden Schichtzusammensetzungen anwendbar ist.FR 14 34 948 is a simplification of the feed the coating mixture known, which consists in that Form metal rod-shaped and with the second compo nente, in this case glass. With this stab shaped supply of the coating mixture is a con change of center possible only by changing the rod Lich, but not for the production of continuous changing layer compositions is applicable.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem sich eine beständige Keramik/Metall-Schicht auch mit unterschied licher Zusammensetzung mit möglichst geringem Arbeits aufwand auf ein Substrat aufbringen läßt.The invention has for its object a method to create the kind mentioned at the beginning, with which a resistant ceramic / metal layer also with difference liche composition with as little work as possible can be applied to a substrate.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Patentanspruch gekennzeichneten Merkmalen gelöst. The object is achieved with the in claim marked features solved.

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 Isolier schicht 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 Bestän digkeit hat. Sie eignet sich somit nicht nur zur Herstel lung von Wärmeisolierschichten, sondern auch für verschleiß hemmende Überzüge. Durch die Ausgestaltung des Keramik/ Metall-Stabes ist zudem eine leicht und genau steuerbare Änderung der aufzuschmelzenden Metall/Keramik-Zusammen setzung und damit der Beschichtung möglich.With the method according to the invention, a single one Operation, namely the spraying of the material mixture needed, with the ceramic material at a lower Temperature processed than in the known methods can be after it is on the substrate in the softer Metal is embedded. With the insulation produced in this way layer are the two components, namely the metal and the ceramic material within the entire layer mixed, so that also better absorption of Tension forces can occur through the metal than it does at the successive coating of ceramic and metal possible is. It has also been shown that such a layer a high physical, mechanical and chemical inventory has. It is therefore not only suitable for manufacturing heat insulation layers, but also for wear inhibiting coatings. Due to the design of the ceramic / Metal rod is also an easy and precisely controllable Modification of the metal / ceramic combination to be melted setting and thus the coating possible.

Das Verbund-Beschichtungsmaterial ist einfach herzustellen, indem Keramikrohre gezogen und mit entsprechendem Metall aufgefüllt werden. Das Metall oder ein metallhaltiges Material kann dabei als Pulver, in flüssiger Form oder als Draht in das Keramikrohr eingebracht werden.The composite coating material is easy to manufacture, drawn by ceramic tubes and with appropriate metal be replenished. The metal or a metal containing Material can be powder, liquid or as Wire can be inserted into the ceramic tube.

Ein so aufbereitetes Beschichtungsmaterial hat viele Vor teile. Bei der Verwendung eines Drahtkernes kann eine End losschlaufe durch Aufreihen von Keramikrohrstücken herge stellt werden. Der Draht und das Keramikrohr können - wenn erforderlich oder für einen bestimmten Anwendungsfall zweckmäßig - mit unterschiedlichen Vorschubgeschwindigkeiten angetrieben werden.A coating material prepared in this way has many purposes parts. When using a wire core, an end loops by lining up pieces of ceramic pipe be put. The wire and the ceramic tube can - if required or for a specific application expedient - with different feed speeds are driven.

Es ist möglich, die Konzentration des Kernmaterials während des Beschichtungsvorganges kontinuierlich zu variieren. Dieses kann gegebenenfalls auch elektronisch während des Aufspritzvorganges erfolgen, indem ein pulverförmiges Kern material elektronisch in Abhängigkeit des momentanen Beschichtungszustandes gemischt und in das Keramikrohr eingeführt wird. It is possible to concentrate the core material during to vary the coating process continuously. If necessary, this can also be done electronically during the The spraying process is done by using a powdered core material electronically depending on the current Coating state mixed and in the ceramic tube is introduced.

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 zu nehmender 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 Keramik rohr erreicht.To ensure good adhesion of the layer to the substrate too it depends on the nature of the substrate It is advisable to first apply a metal-rich layer and continuously increasing the ceramic concentration increasing layer thickness to increase the desired To achieve insulation and wear-resistant effect. The concentration in the coating is changed the concentration of one made of metal and ceramic material existing core material or by changing the Relative feed between core material and ceramic pipe reached.

Im Aufspritzvorgang dient das Keramikrohr gleichzeitig zur Wärmeisolierung für das Metall, so daß dieses nicht bis auf die Verdampfungstemperatur erhitzt wird. Es konnte festgestellt werden, daß das Material im Spritz vorgang in ähnlicher Form eines gespitzten Bleistiftes vom Stab abgetragen wird, wobei Keramik und Metall gleichzeitig auf das Substrat aufgebracht werden.The ceramic tube serves simultaneously in the injection process for heat insulation for the metal, so that this is not heated up to the evaporation temperature. It was found that the material in the spray operation in a similar form to a sharpened pencil is removed from the rod, with ceramic and metal are simultaneously applied to the substrate.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt. Das Beschichtungsmaterial ist ein Stab 12, bestehend aus einem Keramikrohr 10, z. B. aus Aluminium oxid, Zirconoxid mit einer Metallseele 11, z. B. aus Co, CrNi, Metall/Keramikmaterial, der in einer Spritzvor richtung 13 aufgeschmolzen wird. Mit Hilfe eines gas förmigen Strömungsmittels 14 wird das aufgeschmolzene Verbundmaterial auf ein Substrat 15 aufgebracht.In the drawing, an embodiment is shown schematically. The coating material is a rod 12 consisting of a ceramic tube 10 , e.g. B. made of aluminum oxide, zirconium oxide with a metal core 11 , for. B. made of Co, CrNi, metal / ceramic material, which is melted in a Spritzvor direction 13 . With the help of a gaseous fluid 14 , the melted composite material is applied to a substrate 15 .

Der Stab 12 wird innerhalb der Spritzvorrichtung 13 auf eine Temperatur erwärmt, die das Keramikmaterial 10 zum Schmelzen bringt. Isoliert durch das Keramikrohr 10 erhitzt sich der Metallkern 11 nicht bis auf die von außen beaufschlagte Temperatur, sondern auf eine niedrigere Temperatur, die ausreicht um das Metall 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.The rod 12 is heated within the spray device 13 to a temperature which causes the ceramic material 10 to melt. Insulated by the ceramic tube 10 , the metal core 11 does not heat up to the externally applied temperature, but to a lower temperature which is sufficient to melt the metal, but not to vaporize it. The removal of the coating material takes place at the tip 16 of the rod with a conical shape, so that liquid metal can be drawn along with the removal of the ceramic material from the tip.

Claims

Process for the production of ceramic-metal composite coatings on substrates by spraying using a spraying device with which the ceramic material together with the metallic or metal-ceramic material is sprayed onto the substrate with a composition that can be changed during the spraying process, characterized in that
that when the spraying process is carried out in the spraying device ( 13 ), a rod-shaped coating material ( 12 ) consisting of a ceramic tube ( 10 ) with a core made of metal or metal-ceramic ( 11 ) is used, which is brought to a temperature which melts the outer ceramic material, and
that during the spraying process the concentration of the coating by changing the concentration of a powdered metal and ceramic material consist of the soul or by changing the relative feed between the ceramic tube and a wire-shaped metal soul is achieved.