DE3513882A1 - Schutzschicht - Google Patents

Schutzschicht

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DE3513882A1
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Description

HOFFMANN · EITUS Ot PARTNER 3513 8
PAT E N TAN W ALT E DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976) · Dl PL.-I NG. W. EITLE · D R.RER. NAT. K.HOFFMANN · Dl PL.-ING. W. LEHN
DlPL.-ING. K.FOCHSLE . DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 . D-8000 MO NCH EN 81 · TELEFON (089) 911087 · TELEX 05-29619 (PATHE)
— 5 —
PLASMAINVENT AG, Zug / Schweiz Schutzschicht
Dxe Erfindung bezieht sich auf eine im Vakuumplasmaspritzverfahren auf einen Träger aufgebrachte Schutzschicht. Derartige Schutzschichten können auf sehr verschiedene Trägerkörper aufgebracht werden. Immer ist damit die Absicht verbunden, die Lebensdauer des Trägerkörpers in einer bestimmten Applikation zu erhöhen und/oder neue Einsatzgebiete für das Trägermaterial zu erschließen. Mit Hilfe der Schutzschicht gelingt es, Werkstückoberflächen an bestimmten Stellen spezifisch andere Eigenschaften zu verleihen. Dies erweitert die Einsatzmöglichkeiten der Werkstücke und steigert deren Widerstandsfähigkeit im täglichen Einsatz.
Für die Beschichtung von Werkstückoberflächen kommen heute sehr unterschiedliche Techniken zur Anwendung. Aufgrund der hohen Energiedichte in der Plasmaflamme hat sich das Plasmaspritzen sehr rasch eine führende Rolle in der Beschichtungstechnik gesichert. Praktisch alle pulverförmigen Materialien können mit dieser Beschichtungstechnik unter bestimmten Bedingungen als Schicht auf den unterschiedlichsten Trägermaterialien abgeschieden werden. Meist sind es harte, widerstandsfähige, hochtemperaturbeständige und korrosionsfeste Plasmaspritzschichten, welche die Standzeiten hochwertiger Maschinenbauteile in rauhen Umweltbedingungen entscheidend verlängern. Jedoch zeigt die industrielle Anwendung der Plasmaspritztechnik auch ihre physikalischen Ein-
satzgrenzen. In vielen Fällen ist die Spritzschicht nicht dicht genug, ihre Haftung auf dem Grundwerkstoff nicht ausreichend. Bei reaktiven Spritzpulvern verändert sich die chemische Zusammensetzung in der Spritzschicht zu stark. Relativ leicht kann Luftsauerstoff in die Plasmaflamme eindiffundieren, oxidierend und damit störend wirken.
Unter diesen Gesichtspunkten wurde die Vakuumplasmaspritztechnik (VPS-Technik) erschlossen. Ihre Entwicklung führte unter konsequenter Berücksichtigung der speziellen Anforderungen dieser neuen Technologie zu wesentlichen Verbesserungen der Beschichtungskonditionen und Schichteigenschaften im Vergleich zum Spritzen in Atmosphäre. Dabei ist das Vakuumplasmaspritzen eine Weiterentwicklung und Ergänzung des atmosphärischen Plasmaspritzverfahrens (APS-Verfahren). Es unterscheidet sich von diesem Prinzip dadurch, daß der Beschichtungsprozeß in einer Vakuumkammer bei Unterdruck stattfindet.
Die ansich bekannten Verbesserungen der Beschichtungskonditionen und Schichteigenschaften der VPS-Technik lassen sich in 4 Gruppen zusammenfassen:
1. Teilchengeschwindigkeit
Die Erwärmung des Plasmagases im Lichtbogen und seine Expansion ins Vakuum beschleunigen die Gasatome auf mehr als dreifache Schallgeschwindigkeit. Im Vergleich zum atmosphärischen Spritzen ist die Strahlgeschwindigkeit im Vakuum etwa 2 bis 3 mal höher. Entsprechend schneller sind auch die Spritzpulverpartikel, welche noch innerhalb der Brennerdüse in die heiße Zone des Plasmastrahles injektiert werden. Höhere Pulverpartikelgeschwindigkeiten ergeben dichtere Spritzschichten und reduzieren signifikant die Restporosität und die Oberflächenrauhigkeit.
2. Oberflächenreinigung
Mit Hilfe des übertragenen Lichtbogens kann die Werkstückoberfläche vor dem Beschichten in einem Sputterprozeß gereinigt werden. Gaskontaminätion, Wasserdampf und Oxidschichten werden abgestäubt. Das führt zu einer deutlichen Haftverbesserung der Spritzschichten, insbesondere auf glatten Oberflächen. Zur rein mechanischen Verzahnung der Spritzschicht mit dem Werkstoff des Trägers kommt die Absättigung freier Oberflächenenergie gereinigter Träger durch Schichtatome. Zusätzlich werden für Interdiffusionsprozesse zwischen Trägermaterial und Schicht günstige Bedingungen erzeugt.
3. Werkstücktemperatur
Da der BeSchichtungsprozeß im Vakuum verläuft/ können alle Trägermaterialien vor dem Beschichten bis an ihre thermische Stabilitätsgrenze aufgeheizt werden. Dabei kann die Heizwirkung der Plasmaflamme mit Hilfe des übertragenen Lichtbogens noch verstärkt werden. Ohne Oxidationsgefahr für Träger und Schicht sind gezielte Temperaturveränderungen während oder nach dem Beschichten möglich. Innere Spannungen in der Spritzschicht werden dadurch vermieden oder abgebaut.
4. Schichtreinheit
Der Beschichtungsprozeß erfolgt ohne reaktive Gaspartner. Es entstehen oxidfreie Schichten, welche in der chemischen Zusammensetzung mit dem Spritzpulver übereinstimmen. Reaktionsfreudige Pulver finden keinen Reaktionspartner, ihre Schmelztemperatur und Aufschmelzwärme werden nicht beeinflußt.
Unter gezielter Ausnutzung der Vorteile der VPS-Technik sind weitere Applikationen für Plasmaspritzschichten erschlossen worden. Auch wurden in Verbindung mit im VPS-Verfahren gespritzten Deckschichten für bekannte Trägermaterialien erst neue Einsatzgebiete möglich.
Beispiele bevorzugter Anwendungsgebiete derartiger Vakuumplasmaspritzschichten sind:
' Heißkorrosions-, Oxidations- und Erosionsschutz von • Turbin.enbau teilen,
Elektrische Isolation und/oder Wärmedämmung/ Chemische Beständigkeit und
Strahlungsschutz in der Kerntechnik.
Bisher wurde praktisch für jede individuelle Anwendung von Plasmaspritzschichten auch eine nur in dieser Anwendung einsetzbare Schutzschicht entwickelt. Als Entwicklungskriterien für diese Schutzschicht sind im wesentlichen die Beanspruchung, das Temperaturverhalten und ihre mechanische und/oder chemische Stabilität zu nennen. Aber auch der Trägerwerkstoff und die Umgebungsbedingungen beeinflussen die Wahl des Schichtwerkstoffes und seine Dicke, welche wieder aus Gründen der Wirtschaftlichkeit nur so dick als nötig sein sollte.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schutzschicht der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, welche praktisch universell in allen vier genannten Hauptanwendungsgebieten der Plasmaspritzschichten zum Einsatz kommen kann, insbesondere den Träger gleichzeitig wirksam gegen Korrosion, Oxida-
tion, Erosion, chemischen Angriff und Strahlung schützt, ihn dabei elektrisch isoliert und durch Wärmedämmung kurzfristig vor überhitzen bewahrt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schutzschicht aus einer auf den Träger aufgebrachten Haftschicht, einer auf die Haftschicht aufgebrachten Zwischenschicht und einer auf die Zwischenschicht aufgebrachten Deckschicht besteht, daß die Haftschicht aus einem Material besteht, dessen chemische Zusammensetzung im wesentlichen der des Materials des Trägers entspricht, daß die Haftschicht einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten sehr ähnlich dem des Trägers aufweist, daß sich die Zwischenschicht aus einer Mischung der Materialien der Haftschicht und der Deckschicht zusammensetzt und daß die Deckschicht aus einem dicht gespritzten Refraktärmaterial aus der Gruppe der Oxide, Boride, Karbide und Nitride besteht.
Dadurch, daß die Zwischenschicht aus einer Mischung der Materialien der Haftschicht und der Deckschicht besteht, ergibt sich eine besonders gute Verbindung der Haftschicht mit der Deckschicht, wobei deren unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten einander angeglichen werden. Dadurch sind Haftschicht und Zwischenschicht in ihrer Schichtdicke praktisch nicht begrenzt.
Die Haftschicht wird vorteilhaft mit Betriebsparametern des Plasmaspritzbrenners und bei einem Kammerdruckniveau aufgebracht, die zur Erzeugung einer besonders dichten Spritzschicht führen.
Zweckmäßig weist die Zwischenschicht einen gradierten Übergang von dem Material der Haftschicht zum Material der Deckschicht auf. Vorteilhaft ist dabei die Zwischenschicht beginnend mit dem Spritzkammerdruck beim Aufbringen der Haft-
BAD
schicht und graduell übergehend zum Spritzkammerdruck beim Aufbringen der Deckschicht aufgespritzt.
Die Dicke der Haftschicht liegt zweckmäßig im Bereich von etwa 20 μΐη bis etwa 200 μπι, vorzugsweise im Bereich von etwa 20 μΐη bis etwa 50 μπι, insbesondere bei etwa 100 μπι oder etwa 200 μΐη.
Die Dicke der Zwischenschicht liegt vorteilhaft im Bereich von etwa 20 μΐη bis etwa 200 μπι, vorzugsweise im Bereich von etwa 20 μπι bis etwa 50 μπι, insbesondere bei etwa 50 μπι oder etwa 200 μΐη.
Die Dicke der Deckschicht liegt vorteilhaft im Bereich von etwa 30 μΐη bis etwa 100 μπι, vorzugsweise im Bereich von etwa 50 μπι bis etwa 80 μπι, insbesondere bei etwa 50 μπι oder etwa 100 μπι.
Für Anwendungen zur Vermeidung von Korrosion oder Kavitation des Trägers kann die Zwischenschicht vorteilhaft eine Dicke bis zu 5 mm und die Deckschicht eine Dicke bis zu 500 μΐη aufweisen.
Die Schutzschichtwirkung ist durch die Dichtheit der Deckschicht gegeben, welche für Refraktärmaterialien mit sehr hohen Schmelztemperaturen praktisch nur durch das VPS-Verfahren bei diesen Schichtdicken erreichbar ist. So ist es möglich/ Materialien mit sehr unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften stabil und temperaturwechselbeständig miteinander zu verbinden, ohne daß die Schutzschicht abspringt, Risse bekommt und damit in ihrer Schutzwirkung in den unterschiedlichen Einsatzgebieten nachläßt.
Die Körnung des Spritzpulvers liegt vorteilhaft bei maximal 25 μπι.
Im Gegensatz zu bisher durch Plasmaspritzen hergestellten, thermischen Barrxereschichten, welche z.B. aus stabilisiertem ZrO2 bestehen und deren thermische Stabilität im wesentlichen durch Mikrorisse und eine Porosität von bis zu 15% Volumenariteil gegeben ist, entwickelt die erfindungsgemäß hergestellte Schutzschicht erst ihre Wirkung, wenn ihre Dichte praktisch dem Festkörperwert entspricht.
Aufgrund der genannten Vorteile der VPS-Technik können erstmals sämtliche Trägermaterialien auch als Spritzschicht realisiert werden, ohne chemische Veränderung und praktisch mit identischer Dichtheit und Temperaturverhalten, so daß die Deckschicht aus Refraktärmaterial in bestmöglicher Art über die Zwischenschicht und Haftschicht mit dem Trägerwerkstoff verbunden werden kann.
Vorteilhaft ist das Refraktärmaterial der Deckschicht TiB2, dessen Temperaturbeständigkeit bei 3200° C liegt.
übersteigt in oxidierender .Atmosphäre'die Oberflächentemperatür .1100° C, so wird als Refraktärmaterial der"Deckschicht vorzugsweise Al2O- verwendet.
Das Material des Trägers und der Haftschicht kann vorteilhaft aus Ti und das Material der Zwischenschicht aus 80% Ti und 20% TiB2 bestehen, wobei das Material der Deckschicht TiB2 ist.
Alternativ kann das Material des Trägers und der Haftschicht aus einer Superlegierung wie In 738 bestehen und das Material der Zwischenschicht aus 100% In 738 gradiert übergehend in 100% TiB2 oder Al2°3 bestehen·
Vorteilhaft kann das Material des Trägers auch aus einer Superlegierung wie In 738 und das Material der Haftschicht aus einer der Legierung des Trägers angepaßten Legierung vom Typ M-CrAlY bestehen, wobei M als Hauptlegierungskomponente Fe7 Co7 Ni oder NiCo ist. Hierbei besteht das Material der Zwischenschicht vorteilhaft aus 100% M-CrAlY gradiert übergehend in 100% TiB2 oder Al2O,.
Schließlich kann vorteilhaft das Material des Trägers und der Haftschicht aus Stahl und das Material der Zwischenschicht aus 50% Stahl und 50% TiB„ bestehen.
Die Erfindung ist im folgenden an Ausführungsbeispielen und anhand der Zeichnung näher erläutert. 15
Die einzige Figur der Zeichnung zeigt einen Schnitt durch eine auf einen Träger aufgebrachten Schutzschicht im Ausschnitt.
In der Zeichnung ist ein Träger 1 dargestellt7 welcher an seiner Oberfläche 2 vor dem Aufbringen einer zusammengesetzten Schutzschicht 37 47 5 entgast und auf eine bestimmte Temperatur aufgewärmt worden ist. Die Oberfläche 2 des Trägers 1 kann speziell behandelt sein7 beispielsweise durch Sandstrahlen aufgerauht, und vor dem Beschichten mit Hilfe des übertragenen Lichtbogens sputtergereinigt und von absorbierten Gasen, Wasser und dünnen Oxidschichten befreit sein.
Auf die Oberfläche 2 des Trägers 1 ist eine Haftschicht 3 im VPS-Verfahren aufgebracht, welche in ihrer chemischen Zusammensetzung dem Material des Trägers 1 weitgehend entspricht und praktisch den gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie der Träger 1 aufweist. Die Dicke der Haft-
schicht 3 ist vorzugsweise ca. 50 μΐη, kann aber auch beliebig größer sein.
Auf die Haftschicht 3 ist eine Zwischenschicht 4 beliebiger Dicke aufgebracht, und auf diese Zwischenschicht 4 weiter eine dichtgespritzte Deckschicht 5 mit einer bevorzugten Dicke von 50 bis 100 μια aus einem Refraktärmaterial, beispielsweise TiB2,aufgebracht. Sowohl die Zwischenschicht 4 als auch die Deckschicht 5 sind ebenfalls im VPS-Verfahren abgeschieden.
Die Zwischenschicht 4 besteht aus einer Mischung der Materialien der Haftschicht 3 und der Deckschicht 5 und ist beispielsweise mit gradiertem Übergang zwischen den beiden letztgenannten Schichten ausgebildet. Die Deckschicht 5 aus Refraktärmaterial stellt die eigentliche Schutzschicht der zusammengesetzten Schutzschicht 3,4,5 dar, welche in ihrer Schichtstruktur möglichst dem Festkörperwerkstoff entspricht, also möglichst dicht ist, im Gegensatz zu bisher bekannten Schichten aus Refraktärmaterial, also keine Restporosität aufweist und keine Mikro- und Makrorisse eingebaut hat.
Im folgenden sind mehrere Anwendungsbeispiele der erfindungsgemäßen Schutzschicht näher erläutert. 25
Beispiel 1
Ein Turbinenbauteil, welches aus Gewichtsgründen und mechanischen Eigenschaften aus einer Titanlegierung besteht, ist im praktischen Betrieb starken Erosionsbelastungen ausgesetzt. Durch eine erfindungsgemäße Schutzschicht, bestehend aus einer Ti-Haftschicht 3, aus einer Zwischenschicht 4, hergestellt durch gleichzeitiges Pulverinjektieren von 80% Ti und
20% TiB2, und einer reinen TiB^Deckschicht 5, gelingt es, den Erosionsangriff sehr stark zu vermindern. In diesem Anwendungsfall ist die Haftschicht 3 etwa 20 bis -50 μΐη dick, die Zwischensicht 4 vorteilhaft etwa 20 bis 50 μπι und die Deckschicht 5 im Mittel 4 0 μπι. Dabei ist die Beschichtung so ausgeführt, daß an den besonders erosiven Kräften ausgesetzten Gaseintrittsstellen wie z.B. der Führungskante oder der Druckseite einer Turbinenschaufel, die Dicke der TiB2-Deckschicht 5 gezielt auf etwa 50 μπι verstärkt wurde.
Wichtig ist, daß die TiB2-Deckschicht 5 bei einer Schichthärte über 2300, gemessen nach der Vickersmethode, eine sehr geringe Erosionsrate aufweist, während nach dem Stand der Technik eher weichere Materialien eine hohe Erosions-Stabilität aufweisen.
Durch die Abscheidung der Ti-Haftschicht 3 und der Zwischenschicht 4 aus Ti und TiB2 nach dem VPS-Verfahren und durch die vorgenommene Sputterreinigung der Ti-Trägeroberflache 2 vor dem Beschichten ist praktisch kein Übergang zwischen Träger 1 und Schutzschicht 3, 4, 5 erkennbar. Die Schichthaftung ist mit den bekannten Testmethoden nicht mehr meßbar. Eine nach DIN 50160 durchgeführte Messung liefert keine Haft-Zugfestigkeitswerte der Schutzschicht, da ein Ausbruch in der Klebestelle erfolgt.
Beispiel 2
In einem zweiten Beispiel soll ein Träger 1 aus einer Superlegierung, z.B. In 738, gegen Erosion und/oder Heißgasoxidation geschützt werden. Diese WerkstoffSorten werden nach dem Beschichten einer bestimmten Wärmebehandlung unterzogen, zur Erzeugung einer Werkstoffstruktur, welche erst die mechani-
sehen Hochtemperatureigenschaften besitzt. Diese Wärmebehandlung erfolgt bei Temperaturen, wo intermetallische Diffusion stattfinden kann. Deshalb ist es besonders vorteilhaft, diesen Träger 1 mit einer Haftschicht 3 der gleichen Materialzusammensetzung zu beschichten, da so die Legierungskomponenten-Verarmung und -Anreicherung in der Haftschicht 3 und in dem Träger 1 verhindert ist, welche immer mit Veränderungen der mechanischen Eigenschaften verknüpft ist, die es zu vermeiden gilt.
Der bevorzugte Schutzschichtaufbau in diesem Anwendungsfall ist Haftschicht 3 In 738 etwa 100 μπι dick, gradierter Übergang von 100% In 738 auf 100% TiB3 in der Zwischenschicht 4 auf einer Schichtdicke von etwa 200 μπι, und Deckschicht 5 T^B2 ' etwa ^O μπι dick-, mit gezielten Verstärkungen j auf 80 μπί' an den kritischen Stellen.
Überwiegt der Oxidationsangriff den Erosionsangriff, so kann für die Haftschicht 3 vorteilhafterweise ein dem Trägerwerkstoff angepaßter Legierungswerkstoff vom Typ M-CrAlY benützt werden, wobei für M Fe, Co, Ni und NiCo als Haupt-Legierungskomponente einzusetzen ist. Übersteigt die Oberflächentemperatur 1100° C, so erfolgt der.gleiche Schichtaufbau am besten mit dem Refraktärmaterial Al-O.,* In beiden Fällen ist die" bevorzugte Spritzpulverkörnung auf maximal 25 μπι beschränkt, um einen gleichmäßigen Gradierübergang mit möglichst homogener Materialverteilung zu erzeugen und die Deckschicht 5 dicht zu spritzen.
Beispiel 3
Im Anwendungsbeispiel 3 soll ein Träger 1 aus Stahl als Aluminiumdruckgußwerkzeug verwendet werden und gegen den Angriff von flüssigem Al geschützt werden. In diesem Fall wird für die Haftschicht 3 Spritzpulver dieser Stahlsorte eingesetzt,
8AD
wobei die Dicke der Haftschicht 3 bevorzugt bis zu 200 μπι beträgt. Dagegen liegt die Dicke der Zwischenschicht 4 aus einer 50:50-Mischung von Stahlspritzpulver und TiB2 relativ gering bei 50 μπι. Da für Flüssigaluminium die Temperatur bei etwa 700° C liegt, ist die TiB3- Deckschicht 5 100 μΐη stark. Da Druckgußwerkzeuge Paßform besitzen, muß vor dem Beschichten der Gesamtschichtauftrag am Werkstück berücksichtigt werden.
Für den Fall der Reparaturspritzung eines schon verwendeten Druckgußwerkzeuges, bei welchem durch seinen Gebrauch bestimmte Bereiche so weit abgetragen werden, daß ein nicht mehr tolerierbares Untermaß entstanden ist, kann durch Aufspritzen des Haftschichtmaterials die ursprüngliche Geometrie wieder erzeugt werden, und dann die Zwischenschicht und Deckschicht aufgebracht werden.
Beispiel 4
Im kerntechnischen Bereich ist eine Schutzschicht für die erste Wandbegrenzung des Fusionsplasma gesucht, welche das Trägermaterial gegen Ionenbeschuß und elektrische Überschläge mit hoher Stromdichte schützt, dabei aber temperaturbeständig in Inertgasatmosphäre ist, eine kleine Sputterrate unter Teilchenbeschuß aufweist und die Forderung nach einer möglichst niederen Kernladungszahl erfüllt. Auch in dieser Applikation bewährt sich TiB2 für die Deckschicht 5, dessen Temperaturbeständigkeit im:'.Vakuum bei .3200° C liegt. Der/ Schutzschichtaufbau richtet sich nach dem gewählten. Trägere material und ist sonst erfindungsgemäß zusammengesetzt.
Beispiel 5
. Bauteile von Wasserkraftwerken sind besonders erosiven Kräften ausgesetzt, welche durch Kavitationswirkung weiter ver-
stärkt werden. In der Gestaltung der Bauform ist meist eine erhebliche Materialreserve mit eingeplant, um eine bestimmte Lebensdauer trotz starker Erosion zu erreichen. Eine Schutzschicht in dieser Anwendung soll neben der Herabsetzung der Erosionsrate an der Oberfläche des Bauteiles auch entsprechend dick auftragbar sein. Auch hier entwickelt die erfindungsgemäße Schutztschicht ideale Schutzwirkung.
Nach dem Aufspritzen einer Haftschicht 3 etwa 200 μΐη dick, folgt eine beispielsweise bis zu 5 mm dicke Zwischenschicht 4 als Mischung mit etwa 20 bis ,60 Gewichtsprozent Refraktärmaterial, sehr feinkörnig und gleichmäßig in der Matrix des Haftschichtmaterials verteilt, bevor in diesem Fall eine bis zu 500 μΐη dicke Deckschicht 5 aus Refraktärmaterial sehr dicht aufgespritzt wird.
Bei allen aufgeführten Beispielen handelt es sich um sehr teure Bauteile, deren Lebensdauerverlängerung aus Kostengründen sehr wichtig ist. Als wesentliches Merkmal der Erfindung ist die Reparaturfähigkeit dieser Bauteile nach dem Verbrauch der Schutzschicht aufzuführen. Da als Haftschicht 3 ein dem Trägerstoff entsprechendes Material aufgebracht wurde, können Reste der Schutzschicht 3,4,5 beispielsweise durch Sandstrahlen bis zum Haftschichtmaterial abgetragen werden, um dann neu aufgespritzt zu werden.
An den Stellen, wo während des Betriebseinsatzes des Bauteiles die Schutzschicht 3,4, 5 und zusätzlich Material des Trägers beispielsweise erodiert wurde, kann zunächst solange Haftschichtmaterial aufgespritzt werden, bis die ursprüngliche Konfiguration des Bauteiles wieder erreicht ist, um anschließend die Schutzschicht 3,4,5 mit dem erprobten Schichtaufbau wieder aufzutragen.
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Claims (16)

HOFFMANN ■ IiTiTLE & PARTNER 3513882 PAT E NTAN WALTE DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976) · DIPL-ING.W.EITLE · DR. RER. NAT. K.HO FFMANN . Dl PL.-ING. W. LEH N DIPL.-ING. K. FOCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 · D-8000 MO NCH EN 81 . TELEFON (089) 911087 . TELEX 05-29619 (PATHE) PLASMAINVENT AG, Zug / Schweiz Schutz schicht PATENTANSPRÜCHE
1. Im Vakuumplasmaspritzverfahren auf einen Träger aufgebrachte Schutzschicht,
dadurch gekennzeichnet ,
a) daß die Schutzschicht (3, 4, 5) aus einer auf den Träger (1) aufgebrachten Haftschicht (3), einer auf die Haftschicht (3) aufgebrachten Zwischenschicht (4) und einer auf die Zwischenschicht (4) aufgebrachten Deckschicht (5) besteht, 10
b) daß die Haftschicht (3) aus einem Material besteht, dessen chemische Zusammensetzung im wesentlichen der des Materials des Trägers (1) entspricht,
c) daß die Haftschicht (3) einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten sehr ähnlich dem des Trägers (1) aufweist,
d) daß sich die Zwischenschicht (4) aus einer Mischung der Materialien der Haftschicht (3) und der Deck
schicht (5) zusammensetzt und
e) daß die Deckschicht (5) aus einem dicht gespritzten Refraktärmaterial aus der Gruppe der Oxide, Boride, Karbide und Nitride besteht.
2. Schutzschicht nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet , daß die Haftschicht (3) als dichte Spritzschicht aufgebracht ist.
3. Schutzschicht nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Zwischenschicht (4) einen gradierten Übergang von dem Material der Haftschicht (3) zum Material der Deckschicht (5) aufweist.
4. Schutzschicht nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet , daß die Zwischenschicht (4) beginnend mit dem Sprxtzkammerdruck beim Aufbringen der Haftschicht (3) und graduell übergehend zum Spritzkammerdruck beim Aufbringen der Deckschicht aufgespritzt ist.
5. Schutzschicht nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Dicke der Haftschicht (3) im Bereich von etwa 20 μΐη bis etwa 200 μΐη, vorzugsweise im Bereich von etwa 20 μΐη bis etwa 50 μΐη, insbesondere bei etwa 100 μΐη oder etwa 200 μΐη, liegt.
6. Schutzschicht nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Dicke der Zwischenschicht (4) im Bereich von etwa 20 μπι bis etwa 200 μΐη, vorzugsweise im Bereich von etwa 20 μΐη bis etwa 50 μΐη, insbesondere bei etwa 50 μπι oder etwa 200 μπι, liegt.
7. Schutzschicht nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Dicke der Deckschicht (5) im Bereich von etwa 30 μΐη bis etwa 100 μπι, vorzugsweise im Bereich von etwa 50 μπι bis etwa 80 μπι, insbesondere bei etwa 50 μπι oder etwa 100 μΐη, liegt.
8. Schutzschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Zwischenschicht eine Dicke bis zu 5 mm und die Deckschicht eine Dicke bis zu 500 μπι aufweist.
9. Schutzschicht nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet 7 daß die Körnung des Spritzpulvers bei maximal 25 μπι liegt.
10. Schutzschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß das Refraktärmaterial der Deckschicht (5) TiB,, ist.
11. Schutzschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß das Refraktärmaterial der Deckschicht (5) A^C^ ist.
12. Schutzschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß das Material des Trägers (1) und der Haftschicht (3) aus Ti und das Material der Zwischenschicht (4) aus 80% Ti und 20% TiB2 besteht.
13. Schutzschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet , daß das Material des Trägers (1) und der Haftschicht (3) aus einer
Superlegierung wie In 738 besteht und das Material der Zwischenschicht (4) aus 100% In 738 gradiert übergehend in 100% TiB2 oder Al2°3 besteht.
14. Schutzschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet , daß das Material des Trägers (1) aus einer Superlegierung wie In 738 und das Material der Haftschicht aus einer der Legierung des Trägers {1) angepaßten Legierung vom Typ M-CrAlY besteht, wobei M als Hauptlegierungskomponente Fe7 Co, Ni oder NiCo ist.
15. Schutzschicht nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet , daß das Material der Zwischenschicht (4) aus 100% M-CrAlY gradiert übergehend in 100% TiB2 oder Al-O- besteht.
16. Schutzschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß das Material des Trägers (1) und der Haftschicht (3) aus Stahl und das Material der Zwischenschicht aus 50% Stahl und 50% TiB2 besteht.
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