DE4406940A1

DE4406940A1 - Prepn of coated workpieces

Info

Publication number: DE4406940A1
Application number: DE4406940A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dr Ing Henne; Hans-Georg Pfaff
Original assignee: Cerasiv GmbH Innovatives Keramik Engineering; Deutsche Forschungs und Versuchsanstalt fuer Luft und Raumfahrt eV DFVLR
Current assignee: Cerasiv GmbH Innovatives Keramik Engineering
Priority date: 1994-03-03
Filing date: 1994-03-03
Publication date: 1995-09-07

Abstract

Prepn. of coated workpieces comprises roughening the surface of the workpieces and blowing the powder producing the layer into a hot plasma flame produced by a burner. The novelty is that a plasma burner provided with a controlled expanding nozzle is used under normal pressure. Coated material is also claimed.

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung beschichteter Werkstoffe, sowie die so erhalte nen beschichteten Werkstoffe selbst.The present invention relates to a method for Manufacture of coated materials, as well as the received coated materials themselves.

Bereits seit einigen Jahren sind Beschichtungen von Endo prothesen aus bioaktiven Materialien bekannt. Das am weite sten verbreitete Material für solche Beschichtungen ist da bei Hydroxylapatit. Hydroxylapatit ist wegen des im Ver gleich zum Mineralbestandteil des Knochens gleichen Cal cium-Phosphor-Verhältnisses für Beschichtungen besonders geeignet. Hydroxylapatitbeschichtete Endoprothesen weisen daher auch ein besonders gutes Einwachsverhalten auf. Her gestellt werden solche Beschichtungen durch das sogenannte Plasmaspritzverfahren. Beim Plasmaspritzen werden die Spritzpulverpartikel, also beispielsweise die Hydroxylapa titpartikel durch die Plasmaflamme aufgeschmolzen, durch den heißen Gasstrom beschleunigt und auf das Substrat, bei spielsweise auf die Endoprothese aufgeschleudert. Üblicher weise wird hierbei das Atmosphärische-Plasma-Spritzverfah ren (APS-Verfahren) eingesetzt.Coatings from Endo have been around for several years prostheses made from bioactive materials. The most The most common material for such coatings is there with hydroxyapatite. Hydroxyapatite is because of the Ver same cal to the mineral component of the bone cium-phosphorus ratio especially for coatings suitable. Hydroxyapatite coated endoprostheses therefore also a particularly good ingrowth behavior. Forth such coatings are provided by the so-called Plasma spraying process. With plasma spraying they are Spray powder particles, for example the hydroxylapa titanium particles melted by the plasma flame, through accelerates the hot gas flow and onto the substrate, at for example hurled onto the endoprosthesis. More common The atmospheric plasma spraying process becomes wise ren (APS procedure) used.

Bei den bioaktiven Substanzen, z. T. thermodynamisch nicht stabile Werkstoffe, wie z. B. Hydroxylapatit, zeigt die Dichte der Spritzschicht und die Phasenreinheit der Spritz schicht eine gegenläufige Tendenz. Um dichte Spritzschich ten zu erzeugen, ist es erforderlich, daß die Partikel mög lichst gut verschmolzen werden. Dabei findet aber gleich zeitig auch eine Phasenumwandlung von Hydroxylapatit nach Tricalciumphosphat mit Amorphisierung der Spritzschicht statt. In the bioactive substances, e.g. T. thermodynamically not stable materials, such as B. Hydroxyapatite, shows the Density of the spray layer and the phase purity of the spray stratifies an opposite trend. To thick spray layer to generate ten, it is necessary that the particles possible be merged as well as possible. But it takes place right away also phase change of hydroxyapatite Tricalcium phosphate with amorphization of the spray layer instead of.

Auf der anderen Seite besteht die Forderung nach phasen reinen Spritzschichten mit möglichst hohen kristallinen An teilen, weil damit die Resorption von Hydroxylapatit kon trolliert stattfindet. Mit Hilfe des atmosphärischen Plas maspritzens können phasenreine Schichten nur dann erreicht werden, wenn Abstriche bei der Dichte der Spritzschicht ge macht werden. Dies wiederum beeinträchtigt die mechanischen Eigenschaften der Spritzschicht.On the other hand, there is a demand for phases pure spray layers with the highest possible crystalline content share because the absorption of hydroxyapatite kon trolled takes place. With the help of atmospheric plas Maspritzen can only achieve phase-pure layers be, if compromises in the density of the spray layer ge be made. This in turn affects the mechanical Properties of the spray layer.

Trotz Anwendungsvielfalt ist das Prinzip der für das Plas maspritzverfahren verwendeten Brenner über die Jahre weit gehend gleich geblieben: es werden üblicherweise sogenannte Gleichstromplasmabrenner verwendet. Ein gewichtiger Nach teil dieser Brenner wirkt sich jedoch auch auf die Qualität der Spritzschicht äußerst negativ aus. Sobald nämlich der Plasmastrahl den Brenner verläßt, wird er an seinem Umfang aufgrund des großen Geschwindigkeitsunterschiedes zum prak tisch ruhenden und kalten Umgebungsgas mit starken Scher kräften konfrontiert. Es bilden sich Wirbel aus und kaltes Umgebungsgas wird in Form von sich nur langsam auflösenden und aufheizenden Wirbelblasen in den Plasmastrahl hinein gezogen. Der Strahl kühlt stark ab und nach kurzer Weg strecke löst sich der Plasmastrahl sogar auf. Die Geschwin digkeit der Partikel wird hierdurch zwar kaum vermindert, doch sind die Folgen für den Aufschmelzgrad gravierend. Je nachdem, ob das Teilchen auf dem Weg zur Prothesenober fläche sich in einer Kaltgasblase oder im heißen Plasma be wegt, kann es vollständig oder nur teilweise aufgeschmolzen oder sogar bereits wieder in erstarter Form auftreffen. In letzterem Fall bildet es einen schwächenden Fremdkörper in der Schicht, sofern es überhaupt auf der Oberfläche haften bleibt. Dieses Phänomen dürfte der Hauptgrund dafür sein, daß beim atmosphärischem Plasmaspritzen der Auffüllungsgrad häufig weit unter 50% liegt. Despite the variety of applications, the principle is that for the plas Maspritz process has used burners over the years remained the same: usually so-called DC plasma torch used. An important after however, some of these burners also affect quality the spray layer extremely negative. As soon as the Plasma beam leaves the burner, it is around its circumference due to the large speed difference compared to prak table resting and cold ambient gas with strong shear faced forces. Vortexes form and cold ones Ambient gas is in the form of slowly dissolving and heating up vortex bubbles into the plasma jet drawn. The jet cools down considerably and after a short distance the plasma jet even dissolves. The speed particle density is hardly reduced by this, however, the consequences for the degree of melting are serious. Each after whether the particle is on the way to the upper prosthesis surface in a cold gas bubble or in hot plasma away, it can be melted completely or only partially or even hit again in a starter form. In in the latter case it forms a debilitating foreign body in the layer, if it sticks to the surface at all remains. This phenomenon is likely to be the main reason that in atmospheric plasma spraying the degree of filling is often well below 50%.

Es hat nicht an Versuchen gefehlt, die Schwachpunkte der Gleichstromplasmabrenner abzumildern oder zu beheben. Ziel dabei ist gewesen, den ungestörten, von Turbulenzen freien und damit für die Pulveraufschmelzung günstigen Plasma strahlbereich zu verlängern. Dies konnte erreicht werden, indem der Einfluß des kalten Umgebungsgases vermindert wur de. Eine der Maßnahmen ist gewesen, eine den Plasmastrahl umgebende Gashülle zu verwenden. Als Hüllgas hat sich dabei Argon als besonders günstig herausgestellt, da es durch seine niedrige spezifische Wärme dem Plasma weit weniger Wärme entzieht, als die Umgebungsluft. Breite technische Anwendung haben diese, mit einem sogenannten Shroud ver sehene Brenner jedoch nicht gefunden. Mögliche Gründe sind der erschwerte Umgang und der erhöhte Gasverbrauch.There has been no lack of attempts to identify the weak points of the Mitigate or fix DC plasma torches. target there was the undisturbed, free of turbulence and thus plasma favorable for powder melting to extend the beam area. This could be achieved by reducing the influence of the cold ambient gas de. One of the measures has been one, the plasma jet surrounding gas envelope to use. Has been there as an enveloping gas Argon turned out to be particularly cheap because of it its low specific heat far less than that of plasma Extracts heat than the ambient air. Wide technical These are used with a so-called shroud however, the burner was not found. Possible reasons are the difficult handling and the increased gas consumption.

Struktur und Eigenschaften gespritzter Schichten werden durch die Feinabstimmung von Spritzpulver und Beschichtungs parametern festgelegt. Entscheidend ist der Auf schmelzgrad der Pulverpartikel im Augenblick des Aufpralls auf der Prothesenoberfläche und die dann eintretende Wie derverfestigung unter hoher Abkühlgeschwindigkeit. Dichte Schichten entstehen dabei im Zusammenspiel dreier Faktoren: Schmelzzustand, Aufprallenergie und Gasdruck auf der Pro thesen/Schichtoberfläche. Verfahrensangepaßte Pulverparti kel lassen sich auch beim atmosphärischen Spritzverfahren schmelzen und auftragen. Um die dabei entstehende rauhe Berg- und Tallandschaft einer Spritzlage nicht nur aufzu füllen, sondern auch das entstehende Schichtgefüge zu ver dichten, ist aber genügend kinetische Energie beim Aufprall gefordert. Diese Kompression kann aber nur dann vollständig erfolgen, wenn die in den unvermeidlichen Oberflächenstruk turen und Mikroporen eingefangenen Gasmengen ihre Auffül lung nicht behindern.Structure and properties of sprayed layers by fine-tuning spray powder and coating parameters set. The decisive factor is the opening degree of melting of the powder particles at the moment of impact on the prosthesis surface and the then how consolidation under high cooling rate. density Layers arise from the interaction of three factors: Melting state, impact energy and gas pressure on the Pro theses / layer surface. Process-adapted powder batches can also be used in the atmospheric spraying process melt and apply. To the resulting rough Mountain and valley landscape of a spray layer not only open fill, but also to ver the resulting layer structure tight, but is enough kinetic energy on impact required. However, this compression can only be complete take place when in the inevitable surface structure gas and micropores trapped gas quantities their replenishment not hinder lung.

Aus diesem Grund wurde das sogenannte Vakuum-Plasma-Sritz verfahren (VPS-Verfahren) entwickelt, da im Vakuum keine Gasportionen eingeschlossen werden können. Aufgrund der ge ringeren Verweilzeit im kritischen Temperaturbereich und der niedrigeren maximalen Partikeltemperatur der für den VPS-Prozeß optimierten Pulverkörner sind beispielsweise VPS-gespritzte Hydroxylapatitschichten dichter als die beim APS-Verfahren erhaltenen. Eine weitere Verbesserung der Schichten konnte erreicht werden durch die Verwendung eines Plasmabrenners, der eine angepaßte Überschallvorsatzdüse mit Laval-Düsen-Kontur aufweist. Nachteilig bei diesem Ver fahren ist jedoch, daß eine sorgfältige Pulverfraktionie rung erforderlich ist. Die Kornverteilung ist so einzu stellen, daß die zur Aufschmelzung der größeren Partikel erforderliche Plasmastrahlenergie den Feinpartikelanteil gerade noch nicht verdampft, da verdampftes Pulver in der Spritzschicht als Feinstaub eingebracht wird und folglich die Schichtdichte herabsetzt. Sind zu große Partikel vor handen, werden diese nicht aufgeschmolzen und führen eben falls zu einer geringen Schichtdichte. Gerade im medizin technischen Bereich, beispielsweise bei der Verwendung von Hydroxylapatit, ist die Einhaltung dieser Bedingungen be sonders wichtig. Gerade bei der Verwendung von Hydroxylapa tit als Spritzpulver im VPS-Verfahren ist es nämlich erfor derlich, Spritzpulver und Beschichtungsbedingungen so auf einander abzustimmen, daß eine funktionale, anwendungsopti mierte Struktur entsteht: Dicht, haftfest, kristallin und fremdphasenfrei. Ein weiterer Nachteil des VPS-Verfahrens ist, daß bei diesem Verfahren ein außerordentlich hoher apparativer Aufwand erforderlich ist. Die damit einherge henden hohen Kosten für die auf diese Weise hergestellten beschichteten Teile schränkt die Anwendung dieses Verfah rens stark ein.For this reason, the so-called vacuum plasma spray process (VPS process) developed since none in a vacuum Portions of gas can be included. Due to the ge reduced residence time in the critical temperature range and the lower maximum particle temperature for the VPS process optimized powder grains are for example VPS-injected hydroxyapatite layers denser than that of the APS method obtained. Another improvement in Could be achieved by using a layer Plasma torch that has a customized supersonic nozzle with Laval nozzle contour. A disadvantage of this Ver driving is, however, a careful powder fraction tion is required. The grain distribution is to be so make that for melting the larger particles required plasma beam energy the fine particle content just not evaporated because vaporized powder in the Spray layer is introduced as fine dust and consequently reduces the layer density. Are too large particles they are not melted and just lead if to a low layer density. Especially in medicine technical area, for example when using Hydroxyapatite, is compliance with these conditions particularly important. Especially when using hydroxylapa tit as wettable powder in the VPS process is namely required derlich, wettable powder and coating conditions to coordinate with each other that a functional, application opt The resulting structure is dense, strong, crystalline and foreign phase free. Another disadvantage of the VPS process is that this method is extremely high apparatus expenditure is required. The associated with it high costs for the manufactured in this way coated parts limits the application of this method rens strongly.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, ein Verfahren bereitzustellen, das die Nachteile der bekannten Verfahren zur Herstellung beschichteter Werkstoffe beseitigt.The object of the present invention was to provide a method To provide the disadvantages of the known methods eliminated for the production of coated materials.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe konnte über raschenderweise dadurch gelöst werden, daß unter Normal druck-Umgebung ein Plasmabrenner verwendet wird, der eine angepaßte Überschallvorsatzdüse mit Laval-Düsen-Kontur auf weist. Durch die Verwendung einer solchen kontrolliert expandierenden Düse, bei der die innere Kontur der Düse beispielsweise mit Hilfe eines sogenannten Charakteristi kenverfahrens ausgelegt ist, läßt sich der Plasmastrahl in seiner Erscheinungsform und in seiner Eignung zum Plasma spritzen beträchtlich verändern und verbessern. Die beim APS-Verfahren mit Standardbrennern bekannten negativen Aus wirkungen des kalten Umgebungsgases treten überraschender weise bei dem erfindungsgemäßen Hochgeschwindigkeits-Plas ma-Spritzverfahren (HVAPS-Verfahren) mit einem Hochge schwindigkeits-Atmosphären-Plasmabrenner nicht auf. Ent scheidend für den erfindungsgemäßen Erfolg ist, daß die Plasmabrennerdüse so ausgelegt wird, daß der Druck im Plasmastrahl im Austrittsbereich dem Umgebungsdruck ent spricht. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß die angepaßte Kontur der Düse nach innen in den Brenner verlegt wird. Besonders bevorzugt ist ein Brenner, bei dem die Kontur in die Anode integriert ist (Abb. 1). Auf diese Weise ist es möglich, ein ausreichendes Druckverhältnis auch bei Normaldruck im Außenbereich aufzubauen, ohne daß die Geometrien verändert werden müssen. Die damit mögliche kontrollierte Expansion der Plasmaströmung führt dazu, daß der Druckwert im Strahlaustritt dem der freien Umgebung entspricht. Das Strömungs- und Temperaturprofil wird ver breitert, verbunden mit reduzierten radialen Temperatur gradienten und vermindertem Temperaturniveau im Kern. Das Druckgefälle im Brenner-Düsensystem wird nahezu vollstän dig in axiale Strömungsenergie umgesetzt und das Auftreten von Störungen und Stößen innerhalb der Düse kann weitgehend unterdrückt werden, so daß der austretende Strahl praktisch laminar ist. Das erfindungsgemäße Verfahren wird üblicher weise bei Machzahlen des Plasmastrahls im Austrittsbereich zwischen 1,5 und 4, vorzugsweise zwischen 2 und 3 betrie ben.The object on which the invention is based could surprisingly be achieved in that a plasma torch is used under normal pressure environment and has an adapted supersonic nozzle with Laval nozzle contour. By using such a controlled expanding nozzle, in which the inner contour of the nozzle is designed, for example, with the aid of a so-called characteristic process, the plasma jet can be considerably changed and improved in its appearance and in its suitability for spraying with plasma. The known negative effects of the cold ambient gas from the APS process with standard burners surprisingly do not occur in the high-speed plasma spraying process (HVAPS process) according to the invention with a high-speed atmosphere plasma torch. It is crucial for the success according to the invention that the plasma torch nozzle is designed so that the pressure in the plasma jet in the outlet area speaks to the ambient pressure. This can be achieved, for example, by moving the adapted contour of the nozzle inwards into the burner. A burner in which the contour is integrated in the anode is particularly preferred ( FIG. 1). In this way it is possible to build up a sufficient pressure ratio even at normal pressure outside without the geometries having to be changed. The thus possible controlled expansion of the plasma flow leads to the pressure value in the jet outlet corresponding to that of the free environment. The flow and temperature profile is broadened, combined with reduced radial temperature gradients and a reduced temperature level in the core. The pressure drop in the burner-nozzle system is almost completely dig in axial flow energy and the occurrence of disturbances and impacts within the nozzle can be largely suppressed, so that the emerging jet is practically laminar. The method according to the invention is usually operated at Mach numbers of the plasma jet in the exit area between 1.5 and 4, preferably between 2 and 3.

Für das erfindungsgemäße Verfahren bedeuten diene Verbes serungen des Brenners, daß die Geschwindigkeit von Plasma strahl und zugeführtem pulverförmigem Spritzgut gesteigert werden kann; die Dichte und die Festigkeit der aufgetra genen Schicht erhöhen sich damit beträchtlich. Die Lamina rität und die gemilderten Gradienten im Plasmastrahlrand bereich bedeuten verminderte radiale Energieverluste, ge ringere Wechselwirkung mit dem umgebenden Kaltgas und damit einen bedeutend längeren und homogeneren heißen Plasma strahl. Die Verbreiterung des Temperaturprofils und die bei reduzierter Wechselwirkung mit dem kalten Umgebungsgas eintretende Verlängerung des heißen Strahlbereichs bedeuten generell eine Verbesserung der Spritzgutaufschmelzbedin gungen, da ein größeres, heißes Strahlvolumen verfügbar ist. Hierdurch ist die Einstellung und Einhaltung der Pul verinjektionsparameter sowie der Pulverfraktion weniger kritisch. Auch findet ein größerer Anteil des Spritzpulvers geeignete Aufschmelzbedingungen vor. Damit verbessert sich die Qualität des Produktes und die Effizienz des Verfahrens beträchtlich. Your verb means for the method according to the invention changes the burner that the speed of plasma spray and powdered spray material increased can be; the density and firmness of the applied This layer increases considerably. The lamina rity and the moderated gradients in the plasma beam edge area mean reduced radial energy losses, ge less interaction with the surrounding cold gas and thus a significantly longer and more homogeneous hot plasma beam. The broadening of the temperature profile and the at reduced interaction with the cold ambient gas lengthening of the hot jet area generally an improvement in the material to be melted because a larger, hot jet volume is available is. This is the setting and compliance with the Pul injection parameters and the powder fraction less critical. A larger proportion of the wettable powder is also found suitable melting conditions. This improves the quality of the product and the efficiency of the process considerably.

Im Gegensatz zum VPS-Verfahren, bei dem, wie weiter oben ausgeführt, eine sorgfältige Pulverfraktionierung erforder lich ist, ist beim erfindungsgemäßen HVAPS-Verfahren kein spezielles Pulver erforderlich. Da das Plasma wesentlich dichter ist als beim VPS-Verfahren, 1 bar beim HVAPS-Ver fahren gegenüber 0,1 bar beim VPS-Verfahren, kann wesent lich gröberes Pulver verwendet werden. Selbst wenn grobe Partikel nur angeteigt, angeschmolzen sind, entsteht da durch kein Fehler in der Schicht, weil die Verdichtung des Korns durch die Kinetik erfolgt.In contrast to the VPS method, in which, as above performed, requires careful powder fractionation Lich, is not in the HVAPS method according to the invention special powder required. Because the plasma is essential is denser than with the VPS process, 1 bar with the HVAPS-Ver drive against 0.1 bar with the VPS process, can be essential Lich coarser powder can be used. Even if rough Particles are only pasted, melted there by no defect in the layer, because the compression of the Korns done by the kinetics.

Die erzielbaren Ausbeuten mit dem erfindungsgemäßen HVAPS- Verfahren sind wesentlich höher als bei den bekannten Verfahren. Konnten bisher von 1 kg Spritzpulver pro Stunde lediglich 250 g Pulver pro Stunde als Schicht aufgebracht werden, ist es mit dem erfindungsgemäßen HVAPS-Verfahren ohne weiteres möglich, 500 bis 600 g Pulver pro Stunde als Schicht aufzutragen.The achievable yields with the HVAPS according to the invention Processes are much higher than in the known ones Method. So far, were able to use 1 kg of wettable powder per hour only 250 g powder applied per hour as a layer be, it is with the HVAPS method according to the invention easily possible, 500 to 600 g powder per hour as Apply layer.

Selbstverständlich ist es ebenfalls möglich, das erfin dungsgemäße HVAPS-Verfahren unter Schutzgasatmosphäre ein zusetzen. Diese Maßnahme ist beispielsweise dann erforder lich, wenn oxidationsempfindliche Spritzpulver aufgebracht werden sollen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des unter Schutzgas betriebenen erfindungsgemäßen HVAPS-Ver fahrens ist vorgesehen, das Schutzgas zurückzugewinnen und in das Verfahren erneut einzuschleusen.Of course it is also possible to invent this HVAPS method according to the invention in a protective gas atmosphere clog. This measure is then required, for example Lich when spray powder sensitive to oxidation is applied should be. In a preferred embodiment of the HVAPS-Ver operated under protective gas driving is intended to recover the protective gas and reintroduced into the process.

Die durch das erfindungsgemäße Verfahren sich ergebenden Vorteile für die Spritzschicht sind: Verbesserungen der Dichte durch die höheren Spritzgutgeschwindigkeiten; erhöh te Schichtreinheit durch verringerte Wechselwirkung des Strahls mit der Umgebung und damit auch geringere Wechsel wirkung zwischen der Umgebung und dem Spritzgut; Reduzie rung der mechanischen Spannungen im Schicht-Substratverbund durch die Verminderung der thermischen Belastung von Schicht und Werkstück während des Beschichtungsvorganges aufgrund der Verbreiterung und Moderierung des Tempera turprofils des Strahls und die dadurch ermöglichte poten tielle Brennerleistungsabsenkung; die Schichthomogenität und die Beschichtungsausbeute wird deutlich erhöht, da ein höherer Spritzgutanteil ausreichende Aufschmelzvorausset zungen findet und die Gefahr der Spritzgutüberhitzung wegen der reduzierten Temperatur in der Strahlachse vermindert ist. Durch die Verwendung eines angepaßten Plasmabrenner- Düsensystems können wesentlich höhere Partikelgeschwindig keiten als bisher erreicht werden; d. h. Partikelgeschwin digkeiten von mehreren 100 m/sec. Trotzdem kann das Pulver wegen des bedeutend längeren und homogeneren heißen Plasma strahls vollständig aufschmelzen und eine dichte Spritz schicht erzeugen, was zu einer deutlichen Verbesserung der mechanischen Festigkeit der Spritzschicht führt. Der Ein fluß auf die mechanische Festigkeit der Spritzschicht ist in Abb. 2 dargestellt.The advantages for the spray layer resulting from the method according to the invention are: improvements in density due to the higher spray material speeds; Increased layer purity due to reduced interaction of the jet with the environment and thus less interaction between the environment and the spray material; Reduction of the mechanical stresses in the layer-substrate composite by reducing the thermal load on the layer and workpiece during the coating process due to the broadening and moderation of the temperature profile of the jet and the potential burner output reduction that this enables; the layer homogeneity and the coating yield is significantly increased, since a higher proportion of the spray material finds sufficient melting conditions and the risk of the spray material overheating is reduced due to the reduced temperature in the jet axis. By using an adapted plasma torch nozzle system, much higher particle speeds than previously can be achieved; ie particle speeds of several 100 m / sec. Nevertheless, due to the significantly longer and more homogeneous hot plasma jet, the powder can melt completely and produce a dense spray layer, which leads to a significant improvement in the mechanical strength of the spray layer. The influence on the mechanical strength of the spray layer is shown in Fig. 2.

Schichteigenschaften können durch technologische Parameter beeinflußt werden. Hierdurch wird ein Eigenschaftsdesign der Schichtqualität ermöglicht, das insbesondere für die Medizintechnik besondere Bedeutung besitzt. Während bei spielsweise bei einer mit Hydroxylapatit beschichteten Prothese ein hoher Primärphasengehalt bei einem hohen Dichtegrad eine gute mechanische Festigkeit aber eine ge ringe Löslichkeit und damit höchste Langzeitstabilität be deutet, ist ein geringer Primärphasenanteil mit einem ge ringen Dichtegrad verantwortlich für ein besonders schnel les Knochenanwachsen. Die Langzeitstabilität einer solchen Schicht ist jedoch gering. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es nunmehr auf einfache Weise, ein solches Eigenschaftsdesign vorzunehmen. Je nachdem, welche Bedin gungen für den Brenner eingestellt werden, erhält man dichte Schichten mit hohem Primärphasenanteil bis zu weni ger dichten Schichten mit vermindertem Primärphasenanteil. Auf diese Weise ist es auch möglich, mehrere, in ihren Ei genschaften unterschiedliche Schichten aufzutragen. Hierfür können gleiche aber auch verschiedene Spritzpulver ein gesetzt werden. So ist es erfindungsgemäß möglich, eine Prothese mit beispielsweise zwei Schichten aus Hydroxylapa tit herzustellen, bei der die Grundschicht zur Sicherung einer Langzeitstabilität mit hohen Partikelgeschwindigkei ten aufgetragen wird, wodurch eine dichte Schicht mit einem hohen Primärphasenanteil entsteht und eine Deckschicht, zur Beschleunigung des Knochenanwachsens, mit niedrigeren Par tikelgeschwindigkeiten aufgetragen wird. Diese Schicht weist eine geringere Dichte mit einem verminderten Primär phasenanteil auf. Die Dicke der einzelnen Schichten ist im Prinzip frei wählbar, doch hat sich für Hydroxylapatit-be schichtete Prothesen bei einem Zweischichtsystem für die Grundschicht eine Dicke von 50 bis 190 µm, vorzugsweise von 150 µm und für die Deckschicht eine Dicke von 10 bis 50 µm, vorzugsweise von 20 µm als vorteilhaft erwiesen. Die Ge samtdicke der Schichten, ob zwei oder mehr, sollte für Pro thesen 200 µm nicht überschreiten.Layer properties can be determined by technological parameters to be influenced. This creates a property design the layer quality, especially for the Medical technology is of particular importance. While at for example with a coated with hydroxyapatite Prosthesis a high primary phase at a high Degree of good mechanical strength but a ge ring solubility and thus maximum long-term stability indicates a low primary phase portion with a ge wrestle degree responsible for a particularly fast les bone growth. The long-term stability of such Layer is slight, however. The method according to the invention now enables such a simple way Property design. Depending on which conditions settings for the burner are obtained dense layers with a high proportion of primary phases up to a few dense layers with reduced primary phase. This way it is also possible to have several in their egg properties to apply different layers. Therefor can use the same but also different wettable powders be set. So it is possible according to the invention, a Prosthesis with, for example, two layers of hydroxylapa to produce tit, with the base layer for securing long-term stability with high particle speed ten is applied, creating a dense layer with a high primary phase and a top layer Accelerated bone growth, with lower par particle speeds is applied. This layer has a lower density with a reduced primary phase share. The thickness of the individual layers is in Principle freely selectable, but has been chosen for hydroxyapatite layered prostheses in a two-layer system for the Base layer a thickness of 50 to 190 microns, preferably of 150 µm and a thickness of 10 to 50 µm for the top layer, preferably of 20 microns has proven to be advantageous. The Ge Velvet thickness of the layers, whether two or more, should be for Pro theses do not exceed 200 µm.

Mit dem erfindungsgemäßen HVAPS-Verfahren ist es über raschenderweise erstmals möglich, unter atmosphärischen Be dingungen dichte, mechanisch stabile Spritzschichten zu er halten.With the HVAPS method according to the invention, it is over surprisingly possible for the first time, under atmospheric conditions conditions dense, mechanically stable spray layers hold.

Claims

1. A process for the production of coated workpieces, in which the surface of the workpiece is roughened and the layer-producing powder is blown into a hot plasma flame generated by a plasma torch, characterized in that a plasma torch provided with a controlled expanding nozzle is used under normal pressure becomes.

2. The method according to claim 1, characterized in that that the pressure in the plasma jet in the exit area Corresponds to ambient pressure.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in net that the controlled expanding nozzle inside is moved to the burner.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized characterized that the contour of the controlled expan nozzle is integrated into the anode.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized characterized in that the powder enters the plasma flow is blown in, this one in the outlet area Mach number between 1.5 and 4, preferably between 2 and 3 can assume.

6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized characterized in that argon is used as the carrier gas.

7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized characterized in that it is carried out under a protective gas atmosphere to be led.

8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized characterized that differed by the setting particle speeds at least two Layers are applied.

9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized characterized in that as a wettable powder hydroxyapatite is used.

10. Coated material, producible by a process ren according to one of claims 1 to 9.

11. Coated material, characterized in that it consists of at least two layers, the Layers have different properties.

12. Coated material according to claim 11, characterized characterized in that the layers of different Materials exist.

13. Coated material according to claim 11, characterized characterized in that the layers of hydroxyapatite exist and in their densities and primary phases differentiate shares.

14. Coated material according to claim 11, characterized characterized in that the layers of hydroxyapatite exist and the base layer has a thickness of 50 to 190 microns, preferably 150 microns and the top layer a thickness of 10 to 50 microns, preferably 20 microns having.