DE4418517C1 - Wear resistant coat prodn. on metal or ceramic substrate - Google Patents

Wear resistant coat prodn. on metal or ceramic substrate

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Abstract

In the prodn. of a wear-resistant coat by thermal spraying of hard and/or ceramic material powder onto a metal or ceramic substrate, an inorganic lubricant, which is resistant to high temp. is incorporated in the wearing coat by impregnation in vacuum, followed by the application of pressure.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Verschleißschicht, enthaltend Hartstoffe und/oder keramische Werkstoffe sowie hochtemperaturfeste anorganische Schmierstoffe auf einem metallischen oder keramischen Substrat, bei dem die Hartstoffe und/oder keramische Werkstoffe in Pulverform mittels eines thermischen Spritzverfahrens auf das Substrat zur Bildung der Verschleißschicht aufgetragen werden.The invention relates to a method for producing a Wear layer containing hard materials and / or ceramic Materials as well as high temperature resistant inorganic Lubricants on a metallic or ceramic Substrate in which the hard materials and / or ceramic Materials in powder form using a thermal Spraying on the substrate to form the Wear layer can be applied.

Unter Hartstoffe werden Stoffe großer Härte und Verschleißfestigkeit verstanden. Metallische Hartstoffe sind hochschmelzend mit metallischem Charakter, hierzu gehören - Carbide, Nitride, Carbonitride, Boride und Silicide der Übergangsmetalle. Nichtmetallische Hartstoffe sind zum Beispiel Diamant, Borcarbid, Siliciumcarbid, Aluminiumoxid und kubisches Bornitrid.Hard materials are substances of great hardness and Wear resistance understood. Metallic hard materials are high-melting with a metallic character, these include - Carbides, nitrides, carbonitrides, borides and silicides Transition metals. Non-metallic hard materials are used for Example diamond, boron carbide, silicon carbide, aluminum oxide and cubic boron nitride.

Unter keramischen Werkstoffen werden aus anorganischen und überwiegend nichtmetallischen Verbindungen oder Elementen aufgebaute und zu mehr als 30 Vol.-% kristalline Materialien verstanden, die als Keramik, Glaskeramik, Oxidkeramik bekannt sind. Neben Tonmineralien werden auch Carbide, Nitride, Oxide, Silicide eingesetzt, die zu keramischen Werkstoffen mit ausgewählten Eigenschaften führen.Ceramic materials are made from inorganic and predominantly non-metallic compounds or elements constructed and more than 30 vol .-% crystalline materials understood that known as ceramics, glass ceramics, oxide ceramics are. In addition to clay minerals, carbides, nitrides, oxides,  Silicides used to make ceramic materials selected properties.

Verschleißschichten aus Hartstoffen und/oder keramischen Werkstoffen werden auf insbesondere metallische oder keramische Substrate, vorzugsweise in thermischen Beschichtungsverfahren aufgebracht, beispielsweise Plasmaspritzen, Flammspritzen oder Hochgeschwindigkeitsflammspritzen.Wear layers made of hard materials and / or ceramic Materials are in particular metallic or ceramic substrates, preferably in thermal Coating process applied, for example Plasma spraying, flame spraying or High speed flame spraying.

Beim Plasmaspritzen durchströmen Gase, wie Argon, Helium, Stickstoff, Wasserstoff oder deren Mischungen, in einem Brenner einen Lichtbogen hoher Energiedichte. Hierbei werden Plasmatemperaturen zwischen 12000 und über 20000 K erreicht.Gases such as argon, helium, Nitrogen, hydrogen or their mixtures in one Torch an arc of high energy density. Here are Plasma temperatures between 12,000 and over 20,000 K reached.

Diese Temperaturen führen zu einer starken Volumenzunahme des Gases, das mit hoher Geschwindigkeit aus der Düse ausströmt. Mit Hilfe eines Trägergasstromes, z. B. Stickstoff, wird der pulverförmige Spritzwerkstoff in den Plasmastrahl eingeführt. Die Partikel werden aufgeschmolzen und durch den Gasstrom beschleunigt. Die Beschichtung kann nicht nur an Luft, sondern auch in Vakuum, in inerter Atmosphäre oder unter Wasser erfolgen.These temperatures lead to a large increase in volume of the Gas that flows out of the nozzle at high speed. With the help of a carrier gas stream, e.g. B. nitrogen, the powdered spray material introduced into the plasma jet. The particles are melted and by the gas flow accelerates. The coating can not only in air, but also in vacuum, in an inert atmosphere or under water respectively.

Beim Flammspritzen wird der auf zutragende Werkstoff draht-, stab- oder pulverförmig einer Acetylen-Sauerstoff-Flamme zugeführt und in deren Zentrum aufgeschmolzen und mittels eines Zerstäubergases (z. B. Druckluft oder Stickstoff) oder expandierenden Verbrennungsgases oder unter Zusatz eines Beschleunigungsgases, beispielsweise Argon oder Stickstoff, auf das Substrat geschleudert. Auf Grund der Flammentemperatur von 3160°C können Werkstoffe mit einem Schmelzpunkt bis maximal 2500°C mittels Flammspritzen verarbeitet werden. Bei Verwendung pulverförmiger Spritzwerkstoffe ist das Aufschmelzverhalten in der Regel schlechter als bei Draht oder Stab. Keramische Werkstoffe lassen sich nur beschränkt verarbeiten und die so hergestellten Schichten sind durch eine hohe Porosität gekennzeichnet. Mit großen Spritzabständen können auch poröse metallische Schichten aufgetragen werden. In flame spraying, the material to be applied is wire, rod or powder form of an acetylene-oxygen flame fed and melted in the center and by means of an atomizing gas (e.g. compressed air or nitrogen) or expanding combustion gas or with the addition of a Accelerating gas, for example argon or nitrogen, hurled onto the substrate. Because of the flame temperature materials with a melting point of up to 3160 ° C a maximum of 2500 ° C can be processed using flame spraying. At This is the use of powdered spray materials Melting behavior is generally worse than with wire or Rod. Ceramic materials can only be limited process and the layers thus produced are through a high porosity. With large spray intervals porous metallic layers can also be applied.  

Beim Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen erfolgt in einer Brennkammer unter hohem Druck eine Gasverbrennung, in die pulverförmiger Spritzwerkstoff zugeführt wird. Als Brenngase können Propan, Propen, Ethylen, Acetylen und Wasserstoff eingesetzt werden. Die hiermit hergestellten Schichten zeichnen sich durch ein dichtes Gefüge und glatte Oberflächen aus.High-speed flame spraying takes place in one Combustion chamber under high pressure gas combustion into which powdery spray material is supplied. As fuel gases can propane, propene, ethylene, acetylene and hydrogen be used. The layers produced with this are characterized by a dense structure and smooth surfaces out.

Die mittels thermischen Spritzen aufgebrachten Hartstoff- bzw. Keramikschichten zeichnen sich durch hohe Verschleißbeständigkeit aus.The hard material or Ceramic layers are characterized by high Wear resistance.

Mit Verschleißschichten, insbesondere hochtemperaturbeständigen Verschleißschichten ausgerüstete Substrate werden in der Technik auf vielfältigen Anwendungsgebieten benötigt.With wear layers, in particular equipped with high temperature resistant wear layers In technology, substrates are diverse Areas of application needed.

Aus der DE-OS 18 11 196 ist beispielsweise eine Spritzpulvermischung aus Ni-Mo-Fe-Legierungen mit 2% Mo, 81% Ni und Rest Fe als Binder, Hartstoffe, wie WC, ZrB₂, Cr₃C₂, TiB₂, Korund (Al₂O₃), SiO₂ oder WC-Co-Cermet und Feststoffschmiermittel, wie BN, MoS₂ oder Graphit zum Flamm- oder Plasmaspritzen auf z. B. Reibflächen elektromagnetischer Kupplungen bekannt.From DE-OS 18 11 196, for example Wettable powder mixture of Ni-Mo-Fe alloys with 2% Mo, 81% Ni and rest Fe as binders, hard materials such as WC, ZrB₂, Cr₃C₂, TiB₂, corundum (Al₂O₃), SiO₂ or WC-Co-Cermet and Solid lubricants such as BN, MoS₂ or graphite for flame or plasma spraying on z. B. Electromagnetic friction surfaces Known couplings.

Aus der DE-OS 20 30 556 ist die Herstellung von Kolbenringen mit Gleitfläche durch Flamm- oder Plasmaspritzen von poröser Metall-Grundierung aus Mo, Mo-Legierungen, WC usw. und eine Porenimprägnierung mit Dispersionen fester Schmierstoffe, wie Graphit, MoS₂, Talkum, Glimmer, Zn-Stearat, PTFE usw. in flüssigem Testbenzin und Trocknen bei 149-204°C bekannt geworden.DE-OS 20 30 556 is the manufacture of piston rings with sliding surface by flame or plasma spraying of porous Metal primer made of Mo, Mo alloys, WC etc. and one Pore impregnation with dispersions of solid lubricants, such as Graphite, MoS₂, talc, mica, Zn stearate, PTFE etc. in liquid white spirit and drying at 149-204 ° C known become.

In der EP-PS 144 769 ist das thermische Spritzen von Mischungen aus Al-Mo-Ni-Legierungen und ZrO₂-Graphit und z. B. NiAl-Graphit-ZrO₂-Cermet auf das Transportband kontinuierlicher Gießmaschinen beschrieben. In EP-PS 144 769 the thermal spraying of Mixtures of Al-Mo-Ni alloys and ZrO₂ graphite and z. B. NiAl graphite ZrO₂ cermet on the conveyor belt continuous casting machines.  

In der EP-OS 487 273 ist ein Verbund-Spritzpulver aus metallischer Al-, Ti-, Cu-, Zn-, Ni-, Cr-, Fe-, Co- und/oder Si-haltiger Matrix, wie zum Beispiel Al-Si-Legierungen oder keramischer Al₂O₃-, TiO₂-, ZrO₂- und/oder SiO₂-, Phosphat-, Perowskit- oder Spinell-haltiger Matrix sowie CaF₂, BN, MgF₂, BaF₂, MoS₂ usw. als Festkörpüerschmiermittel und Kunststoffe, wie PTFE, PPS, Polyimid, PFA und gegebenenfalls Graphit zur Herstellung von abreibbaren Dichtungen für Gasturbinen beschrieben.A composite wettable powder is disclosed in EP-OS 487 273 metallic Al, Ti, Cu, Zn, Ni, Cr, Fe, Co and / or Si-containing matrix, such as Al-Si alloys or ceramic Al₂O₃-, TiO₂-, ZrO₂- and / or SiO₂-, phosphate, Perovskite or spinel-containing matrix as well as CaF₂, BN, MgF₂, BaF₂, MoS₂ etc. as solid lubricants and plastics, such as PTFE, PPS, polyimide, PFA and optionally graphite Manufacture of abradable seals for gas turbines described.

Aus der GB-PS 1083 791 ist die Herstellung eines Flammspritz- Manteldraht mit Hülle aus Cu, Al oder austenitischem Stahl und Füllung aus Hartstoff, wie Al203, ZrO2, TiO2, BeO, Mullit, WC, SiC usw. und/oder Festschmiermittel, wie Graphit, Pb oder MoS2 und Verwendung für verschleißfeste Bremsen oder Kupplungen oder Gleitlager bekannt.GB-PS 1083 791 describes the manufacture of a flame spray Sheathed wire with sheath made of Cu, Al or austenitic steel and Filling made of hard material such as Al203, ZrO2, TiO2, BeO, mullite, WC SiC etc. and / or solid lubricants such as graphite, Pb or MoS2 and use for wear-resistant brakes or clutches or plain bearings known.

Es hat sich jedoch herausgestellt, daß verschleißbeständige Schichten aus Hartstoffen und/oder keramischen Werkstoffen bei einer Reibbeanspruchung trotz Nachbearbeitung oft Einschränkungen auf Grund ihres relativ hohen Reibwiderstandes aufweisen.However, it has been found that wear resistant Layers of hard materials and / or ceramic materials Often a travel claim despite post-processing Limitations due to their relatively high frictional resistance exhibit.

Nach dem Stand der Technik werden Schmierstoffe als Oberflächenbeschichtungen auf Substrate aufgebracht, d. h. sie sind einem hohem Verschleiß durch Abrieb unterworfen. Insbesondere ist es bekannt, anorganische Schmierstoffe mit Schichtgitterstruktur, wie hexagonales Bornitrid, Molybdän(IV)-Sulfid oder Graphit Suspensionen zuzusetzen, die auf Harz oder Alkoholbinderbasis aufgebaut sind, um hiermit Oberflächenbeschichtungen herzustellen, die dann im Einsatz sehr häufig nachgebessert werden müssen.According to the prior art, lubricants are considered Surface coatings applied to substrates, i.e. H. she are subject to high wear due to abrasion. In particular, it is known to use inorganic lubricants Layered lattice structure, such as hexagonal boron nitride, Add molybdenum (IV) sulfide or graphite suspensions to the are based on resin or alcohol binder to hereby To produce surface coatings that are then in use need to be touched up very often.

Verschleißschichten aus keramischen Werkstoffen lassen sich in der Regel schlecht von metallischen Schmelzen benetzen. Im Falle von Gläsern und Schlacken hingegen kann es bei hohen Temperaturen zum Benetzen der Schmelze auf der Oberfläche und zu Oberflächenreaktionen kommen. Dadurch bedingt kann es bei bei verschiedensten technologischen Prozessen zu Störungen kommen.Wear layers made of ceramic materials can be found in usually poorly wetted by metallic melts. in the In the case of glasses and slag, on the other hand, high Temperatures for wetting the melt on the surface and  surface reactions occur. Because of this, it can in various technological processes to malfunctions come.

Es ist bekannt, in den Fällen der Reibung und der Benetzung, wie vorgenannt beschrieben, temporäre Hilfsstoffe in Gestalt von Schmierstoffen einzusetzen. Diese Schmierstoffe werden in der Regel auf die Oberfläche, die der Reibung oder der Benetzung ausgesetzt ist, aufgetragen. Schmierstoffe haben jedoch den Nachteil, daß sie bei entsprechender Beanspruchung rasch abgenutzt werden, so daß häufig Komplikationen in der Prozeßführung auftreten und die entsprechenden Oberflächen mit erneuten Schmierstoffschichten versehen werden müssen.It is known, in the cases of friction and wetting, as described above, temporary auxiliary substances in the form of lubricants. These lubricants are used in usually on the surface that of the friction or the Wetting is applied. Have lubricants However, the disadvantage that they are under appropriate stress are quickly worn out, so that complications in the Process control occur and the corresponding surfaces with renewed lubricant layers must be provided.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen von Verschleißschichten aus Hartstoffen und/oder keramischen Werkstoffen, enthaltend hochtemperaturfeste anorganische Schmierstoffe, zu schaffen, deren Reibeigenschaften und Benetzbarkeit verbessert wird, dergestalt, daß der Reibwiderstand der Verschleißschichten aus Hartstoffen und/oder keramischen Werkstoffen herabgesetzt wird und oder die Benetzbarkeit herabgesetzt wird, d. h. eine schlechte Benetzbarkeit der Verschleißschicht erhalten wird.The invention has for its object a method for Production of wear layers from hard materials and / or ceramic materials containing high temperature resistant inorganic lubricants, to create their Friction properties and wettability is improved, such that the frictional resistance of the wear layers Hard materials and / or ceramic materials is reduced and or the wettability is reduced, d. H. a poor wettability of the wear layer is obtained.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von dem gattungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, daß die Verschleißschicht mittels der Schmierstoffe im Vakuum mit einer nachfolgenden Druckbeaufschlagung imprägniert wird.This task is based on the generic Method solved in that the wear layer by means of of the lubricants in a vacuum with a subsequent one Pressurization is impregnated.

Es werden also zusätzlich zu den Hartstoffen und/oder keramischen Werkstoffen hochtemperaturfeste anorganische Schmierstoffe aufgetragen, die zusammen mit den Hartstoffen und/oder keramischen Werkstoffen die Verschleißschicht bilden und in dieser in feiner Verteilung enthalten sind.So it will be in addition to the hard materials and / or ceramic materials high temperature resistant inorganic Lubricants applied together with the hard materials and / or ceramic materials form the wear layer and contained in it in a fine distribution.

Das Auftragen der erfindungsgemäßen schmierstoffhaltigen Verschleißschicht auf ein Substrat erfolgt in einem ein- oder mehrstufigen Prozeß. The application of the lubricant-containing according to the invention Wear layer on a substrate takes place in a single or multi-stage process.  

Für das erfindungsgemäße Verfahren werden feste Schmierstoffe eingesetzt, vorzugsweise solche mit Schichtgitterstruktur, von denen graphitanaloges hexagonales Bornitrid, Graphit, Molybdän (IV)-Sulfid und Titan (IV)-Sulfid bevorzugt sind.Solid lubricants are used for the process according to the invention used, preferably those with a layered grid structure, of those of graphite analog hexagonal boron nitride, graphite, molybdenum (IV) sulfide and titanium (IV) sulfide are preferred.

Darüber hinaus kommen auch die amorphen Modifikationen des Bornitrides, nämlich das weiche amorphe Bornitrid und die amorphe Form des Kohlenstoffs als Schmierstoffe zur Anwendung.In addition, there are also the amorphous modifications of the Bornitrides, namely the soft amorphous boron nitride and the amorphous form of carbon used as lubricants.

Durch die Kombination von Hartstoffen und/oder keramischen Werkstoffen und hochtemperaturfesten anorganischen Schmierstoffen zu einer integrierten Schicht, die als Verschleißschicht zugleich Schmierstoffeigenschaften aufweist, wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine verschleißfeste Schmierstoffschicht bzw. eine schmierstoffhaltige Verschleißschicht geschaffen.By combining hard materials and / or ceramic Materials and high temperature resistant inorganic Lubricants to an integrated layer, which as Wear layer also has lubricant properties, becomes wear-resistant with the method according to the invention Lubricant layer or a lubricant-containing Wear layer created.

Für die Verschleißschicht werden insbesondere Hartstoffe auf Basis von Carbiden, Nitriden, Carbonitriden, Boriden, Oxiden bzw. Siliciden von Übergangsmetallen einzeln oder in Mischungen hiervon vorgesehen. Insbesondere werden Oxide, Carbide, Boride, Nitride und Silicide der Elemente Magnesium, Aluminium, Silicium, Calcium der Metalle der IV a-, V a-, VI a-ten Nebengruppe des Periodensystems und/oder deren Legierungen allein oder in Gemischen und/oder mit Zusatz von Nickel und Kobalt eingesetzt. Für die Verschleißschicht können des weiteren keramische Werkstoffe auf Basis von Tonmineralien, Carbiden, Nitriden, Siliciden und/oder Oxiden eingesetzt werden.Hard materials in particular are used for the wear layer Base of carbides, nitrides, carbonitrides, borides, oxides or silicides of transition metals individually or in Mixtures of these are provided. In particular, oxides, Carbides, borides, nitrides and silicides of the elements magnesium, Aluminum, silicon, calcium of the metals of IV a-, V a-, VI a-th subgroup of the periodic table and / or their Alloys alone or in mixtures and / or with the addition of Nickel and cobalt are used. For the wear layer furthermore ceramic materials based on Clay minerals, carbides, nitrides, silicides and / or oxides be used.

Erfindungsgemäß sind die Schmierstoffe feinverteilt in der Verschleißschicht in Mengen von 0,1 bis 50 Gew.-%, bezogen auf die Hartstoffe und/oder keramischen Werkstoffe der Verschleißschicht, vorzugsweise in Mengen von 1 bis 10 Gew.-% enthalten. Hierbei kann nur ein Schmierstoff oder auch ein Schmierstoffgemisch eingesetzt werden. According to the invention, the lubricants are finely divided in the Wear layer in amounts of 0.1 to 50 wt .-%, based on the hard materials and / or ceramic materials of the Wear layer, preferably in amounts of 1 to 10% by weight contain. Here, only one lubricant or one Lubricant mixture can be used.  

Das Imprägnieren einer porösen Verschleißschicht mit Schmierstoffen bzw. Schmierstoff enthaltendem Medium oder Schmierstoffenthaltender Suspension erfolgt vorzugsweise im Vakuum mit einer nachfolgender Druckbeaufschlagung, gegebenenfalls auch unter Zufuhr von Wärme.Impregnating a porous wear layer with Lubricants or medium containing lubricant or Lubricant-containing suspension is preferably carried out in the Vacuum with a subsequent pressurization, possibly also with the addition of heat.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche 2 bis 9 entnehmbar.Advantageous embodiments of the method according to the invention are the characterizing features of claims 2 to 9 removable.

Eine bevorzugte Möglichkeit des Einbringens der Schmierstoffe in die Verschleißschicht kann mittels Infiltration erfolgen, wobei die Verschleißschicht aus Hartstoffen und/oder keramischen Werkstoffen zuerst thermisch auf ein Substrat aufgespritzt und hergestellt wird. Das Substrat mit der thermisch gespritzten porösen Schicht aus Hartstoffen und/oder keramischen Werkstoffen wird dann beispielsweise in einen Recipienten eingebracht und unter Vakuum gesetzt, dann wird in den Recipienten über einen Einlaß die den Schmierstoff enthaltende Suspension eingegeben, diese Suspension dringt in die Poren der Verschleißschicht ein und dichtet diese soweit ab. Während der Infiltration der die Schmierstoffe enthaltenden Suspension in die poröse Verschleißschicht wird das Vakuum in dem Recipienten abgebaut und gegebenenfalls anschließend Druck aufgebracht, um die Poren vollständig zu füllen. Dieser Infiltrationsvorgang kann mehrmals wiederholt werden, um die Poren der Verschleißschicht vollständig mit der die Schmierstoffe enthaltenden Suspension zu füllen. An Stelle einer Suspension kann das infiltrierende Medium auch ein Feststoff, wie ein Kunstharz oder Pech, sein, das den Schmierstoff gegebenenfalls in gebundener Form oder als Zusatz enthält. Auch dieses zu infiltrierende Medium, wie Kunstharz oder Pech, wird der Verschleißschicht, die sich in einem Recipienten unter Vakuum befindet, infiltriert, wie vorangehend beschrieben. Gegebenenfalls wird hierbei die Temperatur unter Vakuum erhöht, so daß das Kunstharz oder Pech in die Poren der Verschleißschicht eindringt und durch nachfolgende Temperung polymerisiert oder an Luft aushärtet. A preferred way of introducing the lubricants into the wear layer can be done by infiltration, wherein the wear layer made of hard materials and / or ceramic materials first thermally onto a substrate sprayed on and manufactured. The substrate with the thermally sprayed porous layer of hard materials and / or ceramic materials is then, for example, in one Recipients introduced and placed under vacuum, then in the recipient through an inlet to the lubricant entered suspension containing, this suspension penetrates into the pores of the wear layer and seals them so far from. During the infiltration of the lubricants containing suspension in the porous wear layer the vacuum in the recipient is reduced and if necessary then pressure applied to completely close the pores to fill. This infiltration process can be repeated several times to completely cover the pores of the wear layer with the to fill the suspension containing lubricants. Instead of The infiltrating medium can also be a suspension Solid, like a synthetic resin or pitch, that the Lubricant optionally in bound form or as an additive contains. This medium to be infiltrated, such as synthetic resin or bad luck, is the wear layer that is in one Recipients located under vacuum, infiltrated like described above. If necessary, the Temperature increased under vacuum, so that the synthetic resin or pitch penetrates into the pores of the wear layer and through subsequent annealing polymerized or cured in air.  

Hierbei wird als Schmierstoff Kohlenstoff in die Verschleißschicht eingebracht, die dort verbleibt. Bei Einsatz von Pech als zu infiltrierendes Medium wird dieses im Recipienten bei erhöhter Temperatur verflüssigt, so daß es gut in die poröse Verschleißschicht eindringen kann, bei weiterer Temperaturerhöhung kann der überwiegende Anteil an flüchtigen Stoffen des Pechs vergast werden und wieder entweichen und es bleibt der Kohlenstoff aus dem Pech in der porösen Verschleißschicht zurück, wobei der Kohlenstoff aus diesem Pech üblicherweise zu einem Netzwerk polymerisiert.Here, carbon is used as a lubricant Wear layer introduced, which remains there. When in use of pitch as the medium to be infiltrated, this is in the Recipients liquefied at elevated temperature, making it good can penetrate into the porous wear layer, with others The predominant part of volatile can increase temperature Substances of bad luck are gasified and escape again and there the carbon from the pitch remains in the porous Wear layer back, the carbon from this Pitch usually polymerizes into a network.

Es ist auch möglich, die Schmierstoffe auf die bereits auf dem Substrat befindliche Verschleißschicht aus Hartstoffen und/oder keramischen Werkstoffen während einer nachfolgenden mechanischen Oberflächenbearbeitung der Verschleißschicht einzubringen. Hierbei werden die Schmierstoffe auf die Oberfläche der Verschleißschicht gegeben und beispielsweise mit einer mechanischen Bearbeitung wie Polieren oder Schleifen in die Verschleißschicht oberflächlich eingerieben oder eingebracht. Diese Maßnahme ist insbesondere ergänzend zu den vorangehend beschriebenen Verfahrensschritten des gleichmäßigen Einbringens von Schmierstoffen in die gesamte Verschleißschicht zu sehen. Auf diese Weise kann an der Oberfläche der Verschleißschicht eine hohe Konzentration an Schmierstoffen realisiert werden.It is also possible to apply the lubricants to the ones already on the Wear layer made of hard materials on the substrate and / or ceramic materials during a subsequent one mechanical surface treatment of the wear layer bring in. Here, the lubricants on the Given the surface of the wear layer and for example with mechanical processing such as polishing or grinding rubbed superficially into the wear layer or brought in. This measure is particularly complementary to the previously described method steps of the even application of lubricants throughout See wear layer. This way, the High concentration on the surface of the wear layer Lubricants can be realized.

Eine besonders vorteilhafte Verwendung findet die Erfindung gemäß Anspruch 10 bei der Ausstattung von Substraten für die Hohlglasfertigung.The invention finds a particularly advantageous use according to claim 10 in the equipment of substrates for the Hollow glass production.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wurden verschiedene Probekörper mit einer schmierstoffhaltigen Verschleißschicht beschichtet. Hierbei kamen verschiedene Prozeßvarianten zum Einsatz, wozu nachfolgend Beispiele beschrieben werden.According to the method of the invention, various Test specimen with a lubricant-containing wear layer coated. Various process variants were used Use, for which examples are described below.

Beispiel 1example 1

Pulvriges Zirkoniumoxid wurde mit pulvrigem hexagonalem Bornitrid in einem Gewichtsverhältnis von 5 : 1 mechanisch vermischt und mittels Plasmaspritzen auf Probebleche aus St 37 als Substrat aufgebracht. In einem quer zu der so hergestellten Verschleißschicht aus Zirkoniumoxid, enthaltend hexagonales Bornitrid als Schmierstoff gelegten Anschliff konnte über die gesamte Schichtdicke hinweg das hexagonale Bornitrid in den Poren der Zirconiumoxidschicht nachgewiesen werden. Der Reibwiderstand der erfindungsgemäß hergestellten Schicht, enthaltend Zirconiumoxid und hexagonales Bornitrid, war im Vergleich zu einer reinen Zirconiumoxidschicht deutlich herabgesetzt.Powdery zirconia was made with powdery hexagonal Mechanical boron nitride in a weight ratio of 5: 1  mixed and by means of plasma spraying on sample sheets made of St 37 applied as a substrate. In one across the way produced wear layer made of zirconium oxide, containing Hexagonal boron nitride as a lubricant was able to use the hexagonal over the entire layer thickness Boron nitride detected in the pores of the zirconium oxide layer become. The frictional resistance of those produced according to the invention Layer containing zirconium oxide and hexagonal boron nitride, was clear compared to a pure zirconium oxide layer reduced.

Bei Einsatz des so beschichteten Substrates in der Hohlglasfertigung gleiten heiße Glastropfen über diese Schicht. Die Standzeit des erfindungsgemäß beschichteten Substrates, d. h. der erfindungsgemäß mit Schmierstoffen ausgestatteten Verschleißschicht hatte eine erheblich verbesserte Standzeit gegenüber konventionell mit Harz beschichteten Substraten, die in der Hohlglasfertigung eingesetzt wurden.When using the coated substrate in the Hollow glass production slides hot glass drops over them Layer. The service life of the coated according to the invention Substrates, i. H. of the invention with lubricants equipped wear layer had a significant improved service life compared to conventional resin coated substrates used in hollow glass manufacturing were used.

Beispiel 2Example 2

Auf einem Substrat aus St 37 wurde eine poröse keramische Schicht auf Basis Zirconiumoxid mittels Plasmaspritzen aufgebracht. Das Substrat mit der Zirconiumoxidschicht wurde auf ca. 200°C aufgeheizt und in eine Vakuumkammer eingebracht. In der Vakuumkammer wurde evakuiert ca. 30 mbar, und dann über einen Einlaß die Vakuumkammer mit Steinkohlehartpech geflutet. Hierbei drang das Steinkohlehartpech in die poröse keramische Schicht ein. Danach wurde das beschichtete und infiltrierte Substrat aus der Vakuumkammer entfernt und getempert, um die flüchtigen Bestandteile des Steinkohlehartpechs zu entfernen. Zurück blieb in der porösen keramischen Schicht auf Basis Zirconiumoxid Kohlenstoff aus dem Steinkohlehartpech. Danach wurden Anschliffe hergestellt, um die Kohlenstoffverteilung in der Zirconiumoxidschicht zu untersuchen. Hierbei stellte sich heraus, daß nahezu alle Poren der Zirconiumoxidschicht mit Kohlenstoff infiltriert waren. A porous ceramic was made on a substrate made of St 37 Layer based on zirconium oxide by means of plasma spraying upset. The substrate with the zirconium oxide layer was heated to approx. 200 ° C and placed in a vacuum chamber. About 30 mbar was evacuated in the vacuum chamber, and then over an inlet flooded the vacuum chamber with hard coal pitch. The hard coal hard pitch penetrated into the porous ceramic Shift one. Then it was coated and infiltrated Substrate removed from the vacuum chamber and annealed to the to remove volatile constituents of hard coal hard pitch. The porous ceramic layer remained on the base Zirconium oxide carbon from hard coal hard pitch. After that were made to measure the carbon distribution in to examine the zirconium oxide layer. This turned out to be out that almost all pores of the zirconium oxide layer with Carbon were infiltrated.  

Auch dieses Substrat mit einer Verschleißschicht aus Zirconiumoxid, enthaltend Kohlenstoff als Schmierstoff, wies einen erhöhten Reibwiderstand und verringerte Benetzbarkeit gegenüber reinen Zirconiumoxidschichten auf.This substrate also has a wear layer Zirconium oxide containing carbon as a lubricant increased frictional resistance and reduced wettability compared to pure zirconium oxide layers.

Beispiel 3Example 3

Ein Substrat, beispielsweise aus St 37 wurde wiederum mit einer porösen keramischen Schicht auf Basis Zirconiumoxid mittels Plasmaspritzen beschichtet. Das so beschichtete Substrat wurde in eine Vakuumkammer gebracht. Die Vakuumkammer wurde evakuiert auf ca. 30 mbar und mit einer hexagonales Bornitrid enthaltenden wäßrigen Suspension mit Feststoffanteil von ca. 20 Volumen-% geflutet. Anschließend wurde das beschichtete Substrat getrocknet. Mikroskopische Untersuchungen zeigten, daß das hexagonale Bornitrid aus der Suspension nunmehr gleichmäßig in der porösen Zirconiumoxidschicht verteilt enthalten war.A substrate, for example made of St 37, was again used a porous ceramic layer based on zirconium oxide coated with plasma spraying. The so coated Substrate was placed in a vacuum chamber. The vacuum chamber was evacuated to about 30 mbar and with a hexagonal Aqueous suspension containing boron nitride Solid content of approx. 20% by volume flooded. Subsequently the coated substrate was dried. Microscopic Investigations showed that the hexagonal boron nitride from the Suspension now evenly in the porous Zirconium oxide layer was included distributed.

Auch dieses Substrat mit einer Verschleißschicht aus Zirconiumoxid, enthaltend Schmierstoff in Gestalt von hexagonalem Bornitrid, zeigte einen deutlich erhöhten Reibwiderstand und eine verringerte Benetzbarkeit gegenüber einer reiner Zirconiumoxidschicht.This substrate also has a wear layer Zirconium oxide containing lubricant in the form of hexagonal boron nitride, showed a significantly increased Frictional resistance and a reduced wettability a pure zirconium oxide layer.

Beispiel 4Example 4

Pulvriges Aluminiumtitanat wurde mit pulvrigem hexagonalem Bornitrid in einem Gewichtsverhältnis von 5 : 1 mechanisch vermischt und mittels Plasmaspritzen auf Probebleche aus St 37 als Substrat aufgebracht. In einem quer zu der so hergestellten Verschleißschicht aus Aluminiumtitanat, enthaltend hexagonales Bornitrid als Schmierstoff gelegten Anschliff konnte über die gesamte Schichtdicke hinweg das hexagonale Bornitrid in den Poren der Aluminiumtitanatschicht nachgewiesen werden. Der Reibwiderstand der erfindungsgemäß hergestellten Schicht, enthaltend Aluminiumtitanat und hexagonales Bornitrid, war im Vergleich zu einer reinen Aluminiumtitanatschicht deutlich herabgesetzt. Powdery aluminum titanate was made with powdery hexagonal Mechanical boron nitride in a weight ratio of 5: 1 mixed and by means of plasma spraying on sample sheets made of St 37 applied as a substrate. In one across the way wear layer made of aluminum titanate, containing hexagonal boron nitride as a lubricant This could be done across the entire layer thickness hexagonal boron nitride in the pores of the aluminum titanate layer be detected. The frictional resistance of the invention produced layer containing aluminum titanate and hexagonal boron nitride, compared to a pure one Aluminum titanate layer significantly reduced.  

Beispiel 5Example 5

Auf einem Substrat aus St 37 wurde eine poröse Verschleißschicht auf Basis Aluminiumoxid mittels Plasmaspritzen aufgebracht. Das Substrat mit der Aluminiumoxidschicht wurde auf ca. 200°C aufgeheizt und in eine Vakuumkammer eingebracht. In der Vakuumkammer wurde evakuiert ca. 30 mbar, und dann über einen Einlaß die Vakuumkammer mit Steinkohlehartpech geflutet. Hierbei drang das Steinkohlehartpech in die poröse Verschleißschicht ein. Danach wurde das beschichtete und infiltrierte Substrat aus der Vakuumkammer entfernt und getempert, um die flüchtigen Bestandteile des Steinkohlehartpechs zu entfernen. Zurück blieb in der porösen Verschleißschicht auf Basis Aluminiumoxid Kohlenstoff aus dem Steinkohlehartpech. Danach wurden Anschliffe hergestellt, um die Kohlenstoffverteilung in der Aluminiumoxidschicht zu untersuchen. Hierbei stellte sich heraus, daß nahezu alle Poren der Aluminiumoxidschicht mit Kohlenstoff infiltriert waren.A porous substrate was formed on a St 37 substrate Wear layer based on aluminum oxide Plasma spraying applied. The substrate with the Aluminum oxide layer was heated to about 200 ° C and in introduced a vacuum chamber. Was in the vacuum chamber evacuated about 30 mbar, and then through an inlet Vacuum chamber flooded with hard coal hard pitch. Here penetrated the hard coal hard pitch into the porous wear layer. Then the coated and infiltrated substrate was made the vacuum chamber removed and annealed to the volatile To remove components of the hard coal hard pitch. Back remained in the porous wear layer based on aluminum oxide Carbon from hard coal hard pitch. After that Grindings made to the carbon distribution in the To investigate aluminum oxide layer. This turned out to be out that almost all pores of the aluminum oxide layer with Carbon were infiltrated.

Auch dieses Substrat mit einer Verschleißschicht aus Aluminiumoxid, enthaltend Kohlenstoff als Schmierstoff, wies einen erhöhten Reibwiderstand und verringerte Benetzbarkeit gegenüber einer reinen keinen Kohlenstoff enthaltenden Aluminiumoxidschicht auf.This substrate also has a wear layer Alumina, containing carbon as a lubricant, pointed increased frictional resistance and reduced wettability compared to a pure one containing no carbon Aluminum oxide layer.

Claims (10)

1. Verfahren zum Herstellen einer Verschleißschicht, enthaltend Hartstoffe und/oder keramische Werkstoffe sowie hochtemperaturfeste anorganische Schmierstoffe auf einem metallischen öder keramischen Substrat, bei dem die Hartstoffe und/oder keramische Werkstoffe in Pulverform mittels eines thermischen Spritzverfahrens auf das Substrat zur Bildung der Verschleißschicht aufgetragen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschleißschicht mittels der Schmierstoffe im Vakuum mit einer nachfolgenden Druckbeaufschlagung imprägniert wird.1. A method for producing a wear layer containing hard materials and / or ceramic materials and high-temperature-resistant inorganic lubricants on a metallic or ceramic substrate, in which the hard materials and / or ceramic materials are applied in powder form by means of a thermal spraying process to the substrate to form the wear layer , characterized in that the wear layer is impregnated by means of the lubricants in a vacuum with a subsequent pressurization. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mit einer Verschleißschicht aus keramischen Werkstoffen und/oder Hartstoffen beschichtete Substrat in einem Rezipienten unter Vakuum gesetzt wird und das Porenvolumen der Verschleißschicht mit der die Schmierstoffe enthaltenden Suspension gefüllt wird, die in den Rezipienten über einen Einlaß eingegeben wird.2. The method according to claim 1, characterized in that with a Wear layer made of ceramic materials and / or Hard material coated substrate in a recipient is placed under vacuum and the pore volume of the Wear layer with the one containing the lubricants Suspension is filled in the recipient via a Inlet is entered. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Imprägniervorgang bzw. Infiltrationsvorgang bis zu zehnmal, vorzugsweise mindestens fünfmal wiederholt wird, um die Poren der Verschleißschicht vollständig mit den in der Suspension enthaltenen Schmierstoffen zu füllen.3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the impregnation process or Infiltration process up to ten times, preferably is repeated at least five times to remove the pores of the Wear layer completely with those in the suspension fill lubricants contained. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Imprägnieren bzw. Infiltrieren eines Schmierstoffes in die poröse Verschleißschicht ein Kunstharz oder Pech eingesetzt wird, das bei erhöhter Temperatur unter Vakuum in die Poren der Verschleißschicht eindringen kann und durch nachfolgende Temperung der Verschleißschicht polymerisiert oder an der Luft aushärtet, wobei Schmierstoff in Form von Kohlenstoff in die Verschleißschicht in feinverteilter Form eingebracht wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that for impregnation or Infiltrate a lubricant into the porous  Wear layer a synthetic resin or pitch is used, that at elevated temperature under vacuum in the pores of the Wear layer can penetrate and by subsequent Tempering of the wear layer polymerized or on the Air cures, using lubricant in the form of carbon in the wear layer in finely divided form is introduced. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmierstoffe in einer Menge von 0,1 bis 50, vorzugsweise 1 bis 10 Gew.-%, bezogen auf die, die Verschleißschicht bildenden Hartstoffe und/oder keramischen Werkstoffe, eingesetzt werden.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the lubricants in a Amount of 0.1 to 50, preferably 1 to 10% by weight, based on the hard materials forming the wear layer and / or ceramic materials can be used. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß anorganische Schmierstoffe mit Schichtgitterstruktur wie graphitanaloges hexagonales Bornitrid, Graphit, Molybdän (IV)-Sulfid und/oder Titan (IV)-Sulfid, eingesetzt werden.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that inorganic lubricants with Layered grid structure like graphite analog hexagonal boron nitride, graphite, molybdenum (IV) sulfide and / or titanium (IV) sulfide can be used. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Schmierstoffe welches amorphes Bornitrid und/oder amorpher Kohlenstoff eingesetzt werden.7. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that which as lubricants amorphous boron nitride and / or amorphous carbon be used. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zum Bilden der Verschleißschicht Hartstoffe auf Basis von Oxiden, Carbonitriden, Carbiden, Boriden, Nitriden und Siliciden der Elemente Magnesium, Aluminium, Silicium, Calcium, der Metalle der Nebengruppen Iva, Va oder VIa des Periodensystems und/oder Legierungen allein oder in Gemischen und/oder mit Zusatz von Nickel und Kobalt eingesetzt werden.8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that to form the Wear layer hard materials based on oxides, Carbonitrides, carbides, borides, nitrides and silicides of the elements magnesium, aluminum, silicon, calcium, the Metals of the subgroups Iva, Va or VIa des Periodic table and / or alloys alone or in Mixtures and / or with the addition of nickel and cobalt be used. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zum Bilden der Verschleißschicht keramische Werkstoffe auf Basis von Tonmineralien, Carbiden, Nitriden, Siliciden und/oder Oxiden eingesetzt werden.9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that to form the Wear layer ceramic materials based on  Clay minerals, carbides, nitrides, silicides and / or Oxides are used. 10. Verwendung eines mit einer Verschleißschicht gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgestatteten Substrates in der Hohlglasfertigung.10. Use one with a wear layer according to one of claims 1 to 9 equipped substrate in the Hollow glass production.
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