DE4443440A1 - Erosion and cavitation wear protection layer - Google Patents
Erosion and cavitation wear protection layerInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Verschleißschutzschicht und ein Verfahren zum Auftragen die ser auf Bauteile, die aus anorganisch-nichtmetallischen, metallischen oder organischen Werkstoffen bzw. aus deren Kombinationen bestehen. Dieser Verschleißschutz richtet sich vornehmlich gegen die Erosion und Kavitation, insbesondere bei Bauteilen, die einer Prall- und Gleitstrahlbeanspruchung, das heißt einer Kombination zwischen Prall- und Gleitstrahl verschleiß ausgesetzt sind.The invention relates to a wear protection layer and a method for applying the water on components made of inorganic-non-metallic, metallic or organic Materials or combinations thereof. This wear protection is aimed primarily against erosion and cavitation, especially in the case of components that and sliding jet stress, i.e. a combination between impact jet and sliding jet are subject to wear.
Es ist bekannt, daß harte und spröde Werkstoffe, auch Kunststoffe und faserverstärkte Kunststoffe, ohne Verschleiß- bzw. Erosionsschutzschichten gegenüber zähen metallischen Werkstoffen eine Lebensdauer unter Erosions- oder Kavitationsbeanspruchung aufweisen, die etwa einem Zehntel dieser von Metallen entspricht. Eine Nutzung des Leichtbaueffektes von faserverstärkten Duroplasten für Beanspruchungen in Form von Erosion, Kavitationse rosion hängt deshalb von der Schaffung einer geeigneten Schutzschicht ab.It is known that hard and brittle materials, including plastics and fiber reinforced Plastics, without wear or erosion protection layers compared to tough metallic Materials have a lifespan under erosion or cavitation stress, which is about a tenth of that of metals. Use of the lightweight construction effect of fiber-reinforced thermosets for stresses in the form of erosion, cavitation rosion therefore depends on the creation of a suitable protective layer.
Es sind verschiedenste Formen des Verschleißschutzes bekannt. In der Offenlegungsschrift DE-OS 30 27 526 wird ein Verfahren zum Aufbringen verschleißfester Überzüge aus Titan, Zirkonium oder Hafnium durch Aufdampfen beschrieben. Die Offenlegungsschrift DE-OS 28 52 341 und DE-OS 29 16 006 beschreiben das Aufbringen derartiger Schutzschichten auf Nichtmetalle und Kunststoffe, insbesondere auffaserverstärkte Kunststoffe.Various forms of wear protection are known. In the published application DE-OS 30 27 526 describes a method for applying wear-resistant coatings made of titanium, Zirconium or hafnium is described by vapor deposition. DE-OS 28 52 341 and DE-OS 29 16 006 describe the application of such protective layers Non-metals and plastics, in particular fiber-reinforced plastics.
Weiterhin ist die Beschichtung mit Gummischichten bekannt. Uetz und Wiedemeyer (H. Uetz, J. Wiedemeyer: Tribologie der Polymere, Hanser Verlag 1985 S. 357-362) zeigen, daß bei überwiegender Prallstrahlbeanspruchung insbesondere PUR-Elastromere höchste Verschleißbeständigkeit aufweisen.Coating with rubber layers is also known. Uetz and Wiedemeyer (H. Uetz, J. Wiedemeyer: Tribology of Polymers, Hanser Verlag 1985 pp. 357-362) show that in the case of predominant impact jet loads, especially PUR elastomeres are the highest Have wear resistance.
Dagegen ist der Verschleiß bei kleinen Anstrahlwinkeln und bei Geschwindigkeiten größer 200 m/s verhältnismäßig groß.In contrast, wear is greater at small beam angles and at speeds 200 m / s relatively large.
Diese beschriebenen Metall- und Hartstoffbeschichtungen als auch die Gummibeschichtung weisen jedoch bei der Beschichtung von spröden Werkstoffen, Kunststoffen oder faserverstärkten Kunststoffen eine Reihe von Nachteilen und Mängeln auf. Diese ergeben sich aus der Art der Beanspruchung der Schutzschichten. Metall- und Hartstoffbeschich tungen z. B. erreichen einen vollkommenen Schutz nur bei reiner Gleitstrahlbeanspruchung. Diese Schichten geben im Prallstrahlbereich die Impacts auf den schützenden Werkstoff weiter und führen so zur Zerrüttung des spröden Werkstoffes oder des faserverstärkten Kunststoffes.These described metal and hard material coatings as well as the rubber coating exhibit however in the coating of brittle materials, plastics or fiber-reinforced plastics have a number of disadvantages and shortcomings. These result derive from the type of stress on the protective layers. Metal and hard material coating conditions z. B. achieve full protection only when exposed to pure jet. These layers give the impacts on the protective material in the impact beam area further and thus lead to the breakdown of the brittle material or the fiber-reinforced Plastic.
Demgegenüber erreichen Gummibeschichtungen nur bei reiner Prallstrahlbeanspruchung eine hohe Schutzwirkung und verschleißen stark bei reiner Gleitstrahlbeanspruchung durch Ritzen des Gummis.In contrast, rubber coatings can only be achieved with pure impact radiation a high protective effect and wear out when exposed to pure jet blasting Scratching the rubber.
Weiterhin ist ein Verschleißschutz nach der Schrift US-5 123814 bekannt, nach der ein lang gestreckter, flexibler Schutz aus Urethan-Teil-Verbund fest, insbesondere an die Randzo nen eines Ventilatorblattes angeordnet ist. Dieser flexible Schutzverband ist weicher als das Material des Ventilatorblattes.Furthermore, wear protection according to US Pat. No. 5,123,814 is known, according to which a long stretched, flexible protection made of urethane part composite, especially on the Randzo NEN of a fan blade is arranged. This flexible protection association is softer than that Fan blade material.
Auch diese Lösung ist mit dem Mangel behaftet, daß die vorhandenen Hohlräume (Ritze) das Eindringen von Feuchtigkeit und anderen korrosionsfördernden Partikeln zulassen.This solution also has the defect that the existing cavities (crack) allow moisture and other corrosive particles to penetrate.
Nach der Schrift EP 496550 ist eine Lösung mit dem Titel "Turbinenschaufel mit großer Spannweite" bekannt, die u. a. die Lösung von Erosionsproblemen bei Verbundwerkstoff schaufeln zum Inhalt hat.According to the document EP 496550, a solution with the title "Turbine blade with large Span "known, among other things, the solution of erosion problems in composite has to shovel to the content.
Es wird ein laminiertes Profil mit abwechselnden Schichten einer Metallfolie und eines leichtgewichtigen Filmes gezeigt, wobei die erste und letzte Schicht durch eine Metallfolie gebildet ist, so daß die äußeren Oberflächen des Profils metallisch sind.It becomes a laminated profile with alternating layers of a metal foil and one lightweight film shown, the first and last layers through a metal foil is formed so that the outer surfaces of the profile are metallic.
In verschiedenen Ausführungen wird eine superplastische Metallfolie verwendet, die mit Elastomerschichten unter Druck und mit Wärme mit der laminierten Verbundturbinen schaufel durch u. a. mittels Kleber fest verbunden ist, wobei die Elastomerschicht ein modifi zierter Klebefilm, ein Klebefilm mit thermoplastischer Trägersubstanz oder ein mit einer Klebeschicht beschichteter Polyurethanfilm sein kann.A superplastic metal foil is used in different versions Elastomer layers under pressure and with heat with the laminated composite turbines shovel through u. a. is firmly connected by adhesive, the elastomer layer being a modifi decorated adhesive film, an adhesive film with a thermoplastic carrier substance or one with a Adhesive layer coated polyurethane film can be.
Diese Lösung ist mit dem Nachteil behaftet, daß die Schicht zwischen der Metallfolie und dem laminierten Profil (Elastomerschicht), die als absorbierende und reflektierende Schicht gegen Prall- und Gleitbeanspruchung der gesamten Verschleißschutzschicht dienen soll, nicht über die gesamte Oberfläche des laminierten Profils in der Weise angeordnet werden kann, daß sie dieser Beanspruchung gerecht wird. Die Eigenschaften der Elastomerschicht können nicht variabel eingestellt werden. Das ist begründet in der technischen Anordnung der einzelnen Schichten und in der technologischen Verpressung in einer Matrize. Selbst bei einer unterschiedlichen Dickenbemessung der Elastomerschicht und bei superelastischer Folie sind bei diesem Verfahren durch die angegebenen hohen Drücke und Temperaturen keine variablen Schichtdicken einzuhalten, insbesondere an den vorbestimmten Stellen der erhöhten Prall- und Gleitbeanspruchung des laminierten Profils (Turbinenschaufel).This solution has the disadvantage that the layer between the metal foil and the laminated profile (elastomer layer), which acts as an absorbent and reflective layer to serve against impact and sliding stress of the entire wear protection layer, cannot be arranged over the entire surface of the laminated profile in this way can that it meets these demands. The properties of the elastomer layer cannot be set variably. This is due to the technical arrangement of the individual layers and in the technological pressing in one die. Even at a different thickness dimensioning of the elastomer layer and with super elastic In this process, film is due to the high pressures and temperatures indicated no variable layer thicknesses to be observed, especially at the predetermined locations of the increased impact and sliding stress on the laminated profile (turbine blade).
Nach der Schrift EP 54 92 98 ist ein Spritzbeschichten bekannt, nach dem zuerst mit einer thermoplastischen und anschließend einer Metallschicht z. B. für Rohre und Kessel Korrosi onsschutz oder Verschleißschutz, aber auch Bewuchsreduzierung bei Unterwasseranwen dungen erreicht wird.According to the document EP 54 92 98, spray coating is known, after which first with a thermoplastic and then a metal layer z. B. for pipes and boilers Korrosi ons protection or wear protection, but also growth reduction in underwater applications is achieved.
Der Nachteil dieser Lösung ist, daß die Zwischenschicht kein Elast ist und somit keine Dämpfung erfolgt.The disadvantage of this solution is that the intermediate layer is not an elastic and therefore not an elastic one Damping takes place.
Die Oberschicht wird aus Metallpulver oder Metallpulver plus Partikel oder Keramik gebil det, die den Nachteil besitzt, daß keine geschlossene Schicht vorliegt, die vorwiegend vom Plast umschlossen ist. Somit ist keine geschlossene Schicht aus Metall oder Keramik gege ben.The top layer is made of metal powder or metal powder plus particles or ceramic det, which has the disadvantage that there is no closed layer, mainly from Is enclosed in plastic. This means that there is no closed layer of metal or ceramic ben.
In der Schrift JP 04-107254 A ist eine Lösung aufgezeigt, die die Verhinderung von Rissen in Beton durch das Aufsprühen einer wasserfesten elastischen Filmbeschichtung auf Beton mit abschließender Sprühbeschichtung von Metall oder Keramik zum Inhalt hat.In the document JP 04-107254 A a solution is shown that the prevention of cracks in concrete by spraying a waterproof elastic film coating on concrete with a final spray coating of metal or ceramic.
Der Nachteil liegt bei dieser Lösung, daß hier kein Erosions- und Kavitationsschutz gege ben ist.The disadvantage of this solution is that there is no protection against erosion and cavitation ben is.
Um die oben genannten Nachteile der im Stand der Technik verwendeten Schutzschichten, die auf spröde Werkstoffe, Kunststoffe und faserverstärkten Kunststoffen und deren Kom bination aufgetragen sind, insbesondere bei der Kombination von Prall- und Gleitstrahlbe anspruchung, abzustellen, ist es Aufgabe der Erfindung, eine Verschleißschutzschicht herzustellen und ein Verfahren zum Auftragen dieser auf Bauteile zu entwickeln, die aus an organisch-nichtmetallischen oder organischen Werkstoffen bzw. aus deren Kombination besteht, um einen umfassenden Schutz über alle Angriffsflächen im Bereich zwischen Prall- und Gleitstrahlbeanspruchung, d. h. eine Kombination aus Prall- und Gleitstrahlverschleiß zu gewährleisten.In order to overcome the above-mentioned disadvantages of the protective layers used in the prior art, the on brittle materials, plastics and fiber-reinforced plastics and their com combination are applied, especially when combining impact and glide jet claim to turn off, it is an object of the invention, a wear protection layer to manufacture and develop a method for applying this to components that originate from organic-non-metallic or organic materials or their combination provides comprehensive protection over all attack surfaces in the area between impact and jet blasting stress, d. H. a combination of impact and sliding jet wear to guarantee.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 und 4 angegebenen Merkmale gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den jeweili gen Unteransprüchen.According to the invention the object is defined by the claims 1 and 4 Features resolved. Preferred developments of the invention result from the respective against subclaims.
Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß auf die zu schützende Oberfläche des Bau teils ein Verschleiß als Kombination aus einer dämpfenden Schicht und Metall- bzw. Hart stoffschicht in der Weise aufgetragen wird, daß die Energie der Impacts als Funktion von Geschwindigkeit und Masse durch die dämpfende Schicht absorbiert bzw. reflektiert wird und die dämpfende Schicht durch die dünne Metall- bzw. Hartstoffbeschichtung geschützt wird. Die Eigenschaften der dämpfenden Schicht können über die Schichtdicke gleichförmig oder auch variabel eingestellt werden, wodurch eine Optimierung der dämpfenden Eigenschaften für verschiedene Beanspruchungen realisiert werden kann. Da durch werden überraschende Effekte beim Schutz nichterosionsbeständigter Werkstoffe unter dynamischer Beanspruchung erzielt. Zu diesem Zweck kann die dämpfende Schicht vorgefertigt werden.The advantages of the invention are that on the surface of the building to be protected partly wear as a combination of a damping layer and metal or hard is applied in such a way that the energy of the impacts as a function of Speed and mass is absorbed or reflected by the damping layer and the damping layer is protected by the thin metal or hard material coating becomes. The properties of the damping layer can vary over the layer thickness be set uniformly or variably, thereby optimizing the damping properties can be realized for different loads. There through surprising effects in the protection of non-erosion-resistant materials achieved under dynamic stress. For this purpose, the damping layer be prefabricated.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß durch die Kombination aus dämpfender Schicht und Metall- bzw. Hartstoffschicht über alle Winkel von 0° bis 90° keine Eintragung von Erosi onspartikeln in die Schutzschicht möglich ist, daß durch die Kombinationsschicht eine Dämpfung erreicht wird, die einen Materialabtrag in der abschließenden Metallfolie verrin gert und daß die Kombinationsschicht eine Dissipation der Einschlagenergie der Erosionsp artikel im Schichtsystem bewirkt.Another advantage is that the combination of damping layer and Metal or hard material layer over all angles from 0 ° to 90 ° no entry by Erosi onparticles in the protective layer is possible that through the combination layer Damping is achieved that reduces material removal in the final metal foil gert and that the combination layer dissipation of the impact energy of the erosion article in the layer system.
Bei Einsatz von Titanfolie oder einer TiA16V4-Folie wird die dämpfende Schicht und das CFK-Bauteil wie schon bekannt gegen Feuchte- oder Lösungsmittelaufnahme und gegen andere korrosive Einflüsse durch seine hohe elektrochemische Korrosionsbeständigkeit geschützt.When using titanium foil or a TiA16V4 foil, the damping layer and that CFRP component, as already known, against moisture or solvent absorption and against other corrosive influences due to its high electrochemical corrosion resistance protected.
Die dämpfende Schicht hat den Vorteil, daß sie sich nach entsprechender Vorbehandlung mit einer Metall- bzw. Hartstoffbeschichtung fest verbindet, indem die Metall- bzw. Hart stoffbeschichtung, auf diese aufgeklebt, aufgedampft, galvanisiert oder aufgesprüht wird.The damping layer has the advantage that it is after appropriate pretreatment with a metal or hard material coating firmly by the metal or hard fabric coating, glued, evaporated, galvanized or sprayed onto it.
Durch das Aufkleben, Aufdampfen, Galvanisieren oder Aufsprühen der Metall- bzw. Hart stoffschicht auf die dämpfende Schicht bleibt diese in ihrer Oberflächenstruktur erhalten, insbesondere, wenn erforderlich, in ihrer unterschiedlichen Dicke und damit ist im Einsatz fall gewährleistet, daß die Eigenschaften der dämpfenden Schicht über die Schichtdicke nicht konstant sind.By gluing, vapor deposition, galvanizing or spraying on the metal or hard layer of material on the damping layer, its surface structure is retained, in particular, if necessary, in their different thickness and is therefore in use case ensures that the properties of the damping layer over the layer thickness are not constant.
Aufgrund dessen, daß über die dreidimensionale Struktur ein geschlossener haftfester Me tallfilm aufgebracht wird, ist diese gegen Erosion und Korrosion geschützt.Because of the fact that a closed adhesive Me tall film is applied, it is protected against erosion and corrosion.
Die Erfindung wird nachstehend durchThe invention is explained below
- - die Verschleißschutzschicht und durch - The wear protection layer and through
- - das Verfahren zum Auftragen dieser auf Bauteile nach Ausführungsbeispielen erläutert.- The method for applying this to components according to embodiments explained.
Die in Fig. 1 dargestellte Verschleißschutzschicht wird zur Verdeutlichung an einer Turbi nenschaufel einer stationären Gasturbine mit einem CFK-Schaufelblatt gezeigt.The wear protection layer shown in FIG. 1 is shown for clarification on a turbine blade of a stationary gas turbine with a CFRP blade.
Das Schaufelblatt besteht aus Rigidite 5212 verstärkt mit 8 Lagen UD Gewebeprepreg G 30-500 (BASF). Diesem zu schützenden Grundwerkstoff 1 des Schaufelblattes ist eine Verschleißschutzschicht 2 zugeordnet, die mit dem zu schützenden Grundwerkstoff 1 in be kannter Weise fest verbunden ist und aus einer elastischen Schicht 3 und aus einer geschlos senen haftfesten metallischen oder hartmetallischen Schicht 4 besteht, indem die geschlossene haftfeste metallische oder hartmetallische Schicht 4 mit der Härte zwischen 1000 HV und 3000 HV in einer Dicke von 0,1 mm auf eine elastische Schicht (3) aufgeklebt, aufgedampft, galvanisiert oder aufgesprüht ist und gemeinsam die Verschleißschutzschicht 2 bildet, wobei die elastische Schicht 3 entsprechend der Oberflächenkontur des zu schützenden Grundwerkstoffes 1 und der Prall- und Gleitstrahlbeanspruchung der Verschleißschutzschicht 2 gleichförmig und/oder unterschiedlich dick ausgeführt ist, die eine Dicke von 0,5 mm bis 3 mm besitzt und eine Härte von Shore A10 bis A90 aufweist. Damit werden die Eigenschaften der elastischen Schicht 3 über die Schichtdicke konstant bzw. nichtkonstant beeinflußt.The airfoil consists of Rigidite 5212 reinforced with 8 layers of UD tissue prepreg G 30-500 (BASF). This to be protected base material 1 of the airfoil a wear protection layer 2 is associated which is integral with the protected base material 1 known per in BE manner and consists of an elastic layer 3 and from a closed-end adherent metallic or hard metal layer 4 by the closed adherent metallic or hard metal layer 4 with a hardness between 1000 HV and 3000 HV in a thickness of 0.1 mm is glued, vapor-deposited, galvanized or sprayed onto an elastic layer ( 3 ) and together forms the wear protection layer 2 , the elastic layer 3 correspondingly The surface contour of the base material 1 to be protected and the impact and sliding jet stress of the wear protection layer 2 are of uniform and / or different thickness, which has a thickness of 0.5 mm to 3 mm and a hardness of Shore A10 to A90. The properties of the elastic layer 3 are thus influenced constantly or non-constantly over the layer thickness.
Wobei die konstanten Eigenschaften der elastischen Schicht 3 durch den Einsatz von kom paktem Gummi und die nicht konstanten Eigenschaften durch den Einsatz von Schaum (In tegralschaum), der an seiner Oberfläche geschlossenzellig ist, das heißt, die kompakten Hohlkörper können kontinuierlich von der Mitte der elastischen Schicht 3 bis zum Rand kleiner werden, erreicht werden.The constant properties of the elastic layer 3 through the use of compact rubber and the non-constant properties through the use of foam (integral foam), which is closed-cell on its surface, that is, the compact hollow body can continuously from the center of the elastic Layer 3 become smaller up to the edge.
Das Verfahren zum Auftragen der Verschleißschutzschicht 2 auf den zu schützenden Grundwerkstoff 1 wirdThe method for applying the wear protection layer 2 to the base material 1 to be protected becomes
- - am Ausführungsbeispiel 1 des Klebens der metallischen oder hartmetallischen Schicht 4 als Teil der Verschleißschutzschicht 2 auf den Grundwerkstoff 1, wobei der Grundwerkstoff 1 plattenförmig ist,1 using exemplary embodiment of the adhesive bonding of the metallic or hard metal layer 4 as part of the wear protection layer 2 to the base material 1 , the base material 1 being plate-shaped,
- - am Ausführungsbeispiel 2 des Klebens der metallischen oder hartmetallischen Schicht 4 als Teil der Verschleißschutzschicht 2 auf den Grundwerkstoff 1, wobei der Grundwerkstoff 1 eine komplizierte Oberfläche, eine gewölbte Oberfläche besitzt, - the embodiment 2 of the adhesion of the metallic or hard metal layer 4 as a part of the wear protection layer 2 on the base material 1, the base material 1 has a complicated surface, a curved surface,
- - am Ausführungsbeispiel 3 des Aufdampfens der metallischen oder hartmetallischen Schicht 4 als Teil der Verschleißschutzschicht 2 auf den Grundwerkstoff 1,- on the embodiment 3 of the vapor deposition of the metallic or hard metal layer 4 as part of the wear protection layer 2 on the base material 1 ,
- - am Ausführungsbeispiel 4 des Galvanisierens als metallische oder hartmetallische Schicht 4 als Teil der Verschleißschutzschicht 2 auf den Grundwerkstoff 1 und- On the embodiment 4 of electroplating as a metallic or hard metal layer 4 as part of the wear protection layer 2 on the base material 1 and
- - am Ausführungsbeispiel 5 des Aufsprühens als metallische oder hartmetallische Schicht 4 als Teil der Verschleißschutzschicht 2 auf den Grundwerkstoff 1 - On the embodiment 5 of spraying as a metallic or hard metal layer 4 as part of the wear protection layer 2 on the base material 1st
gezeigt.shown.
Nach Ausführungsbeispiel 1 wird im
Schritt a die Oberfläche des Grundwerkstoffs 1 mit organischem Lösungsmittel (Aceton) gereinigt
und entfettet und in bekannter Weise durch Sandstrahlen oder mittels Sandpapier aufge
rauht,
Schritt b die elastische Schicht 3 (Gummischicht aus Elastolan) auf beiden Seiten gereinigt und ent
fettet und anschließend in bekannter Weise durch Sandstrahlen oder mittels Sandpapier von
beiden Seiten aufgerauht,
Schritt c die zu verklebende Fläche der metallischen oder hartmetallischen Schicht 4 (als Metallfolie),
wie o. a., gereinigt, entfettet und aufgerauht,
Schritt dAccording to embodiment 1
Step a cleaned and degreased the surface of the base material 1 with organic solvent (acetone) and roughened in a known manner by sandblasting or by means of sandpaper,
Step b, the elastic layer 3 (rubber layer made of Elastolan) is cleaned and degreased on both sides and then roughened in a known manner by sandblasting or by means of sandpaper,
Step c cleaned, degreased and roughened the surface of the metallic or hard metal layer 4 (as metal foil) to be glued, as mentioned above,
Step d
- - die Oberfläche des Grundwerkstoffs 1,- the surface of the base material 1 ,
- - die beiden Seiten der elastischen Schicht 3 (Gummischicht aus Elastolan) und- The two sides of the elastic layer 3 (rubber layer made of Elastolan) and
- - die zu verklebende Fläche der metallischen oder hartmetallischen Schicht 4 mit dem Kleb stoff (Cyanacrylat Loctite 405) versehen,- Provide the surface of the metallic or hard metal layer 4 to be glued with the adhesive (cyanoacrylate Loctite 405),
Schritt e die das Anordnung der elastischen Schicht 3 und der metallischen oder hartmetallischen Schicht 4 nacheinander, auf dem Grundmaterial 1 jeweils zueinander mit den zu verkleben den Schichten und das Verkleben dieser Schichten miteinander unter Druck kalt bei einem Druck von 5 bar und 90 Sekunden lang vorgenommen.Step e, the arrangement of the elastic layer 3 and the metallic or hard metal layer 4 one after the other, on the base material 1 in each case with the layers to be glued and the gluing of these layers to one another under pressure cold at a pressure of 5 bar and 90 seconds .
Im Ausführungsbeispiel 2 wird entsprechend der Schritte a bis d des Ausführungsbeispieles die Behandlung des Grundmaterials 1, der elastischen Schicht 3 und der metallischen oder hartmetallischen Schicht 4 abgesichert und im anschließendem Schritt diese Schichten jeweils zueinander mit den zu verklebenden Schichten in eine Matrize gelegt und mit dem Formteil geformt und geklebt gleich ausgehärtet.In embodiment 2 , according to steps a to d of the embodiment, the treatment of the base material 1 , the elastic layer 3 and the metallic or hard metal layer 4 is secured and in the subsequent step these layers are placed in a die with each other with the layers to be glued and with the Molding molded and glued hardened immediately.
Nach dem Ausführungsbeispiel 3 wird im
Schritt aAccording to embodiment 3 is in
Step a
- - entweder die elastische Schicht 3 als plattenförmiger PUR-Gummi wie nach dem Ausführungsbeispiel 1, aber ohne der metallischen oder hartmetallischen Schicht 4 auf den Grundwerkstoff 1 ausgeführt, aufgeklebt, d. h. nur einseitig mit Kleber versehen und nur ein seitig aufgerauht, oder- either the elastic layer 3 as a plate-shaped PUR rubber as in embodiment 1 , but without the metallic or hard metal layer 4 on the base material 1 , glued, ie provided only on one side with adhesive and only roughened on one side, or
- - die elastische Schicht 3 als PUR-Gummi nach den Reinigen/Entfetten und Aufrauhen des Grundwerkstoffes 1, wie nach Ausführungsbeispiel 1 schon ausgewiesen (Rauhtiefe 5 bis 7 Mikrometer) durch Reaktionsgießen bzw. -spritzen aus einem Zweikomponetensystem auf gebracht,the elastic layer 3 as PUR rubber after the cleaning / degreasing and roughening of the base material 1 , as already shown according to embodiment 1 (roughness depth 5 to 7 micrometers) by reaction casting or injection from a two-component system,
Schritt b auf die jeweils unterschiedlich aufgetragene elastische Schicht 3 (PUR-Gummi-Schicht) wird die metallische oder hartmetallische Schicht 4 (Ni, NiCr oder Titan) nach dem bekann ten PVD-Verfahren (physikalische Abscheidung aus der Gasphase) im Vakuum durchStep b on the differently applied elastic layer 3 (PUR rubber layer) is the metallic or hard metal layer 4 (Ni, NiCr or titanium) by the known PVD method (physical deposition from the gas phase) in a vacuum
- - Aufdampfen oder durch- Evaporation or through
- - Sputtern (Zerstäuben) mit Magnetron-Sputtersystemen- Sputtering with Magnetron sputtering systems
aufgebracht, wobei der Grundwerkstoff 1 mit der elastischen Schicht 3 direkt oder indirekt gekühlt wird.applied, the base material 1 being cooled directly or indirectly with the elastic layer 3 .
Nach Ausführungsbeispiel 4 wird im
Schritt a zunächst die elastische Schicht 3 (Gummischicht) wie im Ausführungsbeispiel 3 je nach An
wendungsfall in der notwendigen Art und Weise auf den Grundwerkstoff 1 gebracht,
Schritt b erfolgt eine hartfeste Metallisierung durch eine galvanische Beschichtung nach dem Auf
bringen einer leitfähigen Polymerschicht (CP) auf die elastische Schicht 4 wie folgt:
Schritt b.1: Plasmabehandlung (-aktivierung) in Niederdruck-Plasmakammer (Druck 0,7 mbar Durchf
luß O₂, bzw. Ar/O₂ 50 ml/min, Zeit 1 min bis 1 0 min, Hochfrequenz 13,56 MHz)
Schritt b.2: Aufbringen einer leitfähigen Polymerschicht mit dem DMS-E-Verfahren von Blasberg-
GTL Solingen/Leipzig:According to embodiment 4
Step a first brought the elastic layer 3 (rubber layer) to the base material 1 in the necessary manner, depending on the application case, as in exemplary embodiment 3 ,
Step b is a hard-solid metallization by means of a galvanic coating after applying a conductive polymer layer (CP) to the elastic layer 4 as follows:
Step b.1: plasma treatment (activation) in low-pressure plasma chamber (pressure 0.7 mbar flow O₂, or Ar / O₂ 50 ml / min, time 1 min to 1 0 min, high frequency 13.56 MHz)
Step b.2: Applying a conductive polymer layer using the DMS-E process from Blasberg-GTL Solingen / Leipzig:
- 1. Konditionieren in Tensidlösung 4 min, 60°C1. Condition in surfactant solution for 4 min, 60 ° C
- 2. Oxydative Konditionierung in KMnO₄-Lösung 10 min, 88°C2. Oxidative conditioning in KMnO₄ solution 10 min, 88 ° C
- 3. Katalysieren, d. h. Tauchbeschichten mit modifizierter Monomerlösung (Thiophenderi vate) 2 min, 20°C3. Catalyze, d. H. Dip coating with modified monomer solution (Thiophenderi vate) 2 min, 20 ° C
- 4. Fixieren in Säure, d. h. Polymerisation und Dotierung 2 min, 20°C4. Fix in acid, d. H. Polymerization and doping 2 min, 20 ° C
- 5. Wiederholung der Schritte 2. bis 4., jedoch 2. nur 5 min.5. Repeat steps 2. to 4., but 2. only 5 minutes.
Schritt c die galvanische Vernickelung bzw. Verkupferung und anschließende Vernickelung in be kannter Weise (z. B. mit Bädern von Blasberg GTL) bis zur Schichtdicke von ca 60 µm) bei 20 bis 60°C, 2 A/dm² ca. 2 Stunden, abhängig vom Badtyp und der Badqualität abgesichert. Eine Aufbringung einer dünnen Zwischenschicht aus Chemisch Nickel oder Chemisch Kup fer (in bekannter Weise, Bäder z. B. von Blasberg GTL) verbessert die Haftfestigkeit.Step c the galvanic nickel plating or copper plating and subsequent nickel plating in be known (e.g. with baths from Blasberg GTL) up to a layer thickness of approx. 60 µm) 20 to 60 ° C, 2 A / dm² approx. 2 hours, depending on the bath type and the bath quality. Application of a thin intermediate layer made of chemical nickel or chemical copper fer (in a known manner, baths e.g. from Blasberg GTL) improves the adhesive strength.
Im Ausführungsbeispiel 5 wird im
Schritt a die elastische Schicht 3 (Gummi) nach dem im Schritt a des Ausführungsbeispiels 3 an
gegebenen Art und Weise auf den Grundwerkstoff 1 aufgebracht,
Schritt b die elastische Schicht 3 in bekannter Art und Weise gereinigt, entfettet und aufgerauht
und im
Schritt c die als Pulver oder Draht vorliegenden Metalle, hier Nickel, Nickel-Crom oder Titan, in
einer energiereichen Quelle, in bekannter Weise mit dem Flammspritzverfahren (Acety
len-Sauerstoff-Gemisch) auf die kalte metallische oder hartmetallische Schicht 4 aufge
bracht.
In embodiment 5 is in
Step a, the elastic layer 3 (rubber) is applied to the base material 1 in the manner given in step a of the exemplary embodiment 3 ,
Step b cleaned, degreased and roughened the elastic layer 3 in a known manner and in
Step c the metals present as powder or wire, here nickel, nickel chromium or titanium, in an energy-rich source, in a known manner using the flame spraying method (acetylene-oxygen mixture) on the cold metallic or hard metal layer 4 .
Die in den oben gezeigten Ausführungsbeispielen eingesetzten Verschleißschutzschichten und das Verfahren zum Auftragen dieser auf Bauteile sind auf Erosionsbeständigkeit mit nachstehendem Ergebnis geprüft worden.The used in the embodiments shown above Wear protection layers and the procedure for applying these to components are on Erosion resistance has been tested with the following result.
Als Referenzwerkstoff ist St 37 gewählt. Eingesetzt ist CFK.St 37 is selected as the reference material. CFK is used.
Am Beispiel CFK mit der Verschleißschutzschicht 2 ist ersichtlich, daß die Abnahme der Erosionsverluste im Masseabtrag um 2 Größenordnungen liegen, die somit vergleichbar sind mit erosionsbeständigen Bauteilen aus Turbinenschaufelstahl. Die Prüfung auf Erosionsbeständigkeit hat unter der Bedingung einer Partikelgeschwindigkeit bis 200 m/s nachstehende Ergebnisse bezüglich Stärke der Verschleißschutzschicht 2 bzw. der Teil schichten (3; 4) gezeigt.Using the example of CFRP with wear protection layer 2 , it can be seen that the decrease in erosion losses in mass removal is around two orders of magnitude, which are therefore comparable to erosion-resistant components made of turbine blade steel. The test for erosion resistance under the condition of a particle speed of up to 200 m / s showed the following results with regard to the thickness of the wear protection layer 2 or the partial layers ( 3 ; 4 ).
PUR-Gummi = 0,5 mm (Erhöhung bis 3 mm verbessert den Schutz)
Metallfolie = 100 µm (gute Ergebnisse bis zu 200 µm)PUR rubber = 0.5 mm (increase up to 3 mm improves protection)
Metal foil = 100 µm (good results up to 200 µm)
Aufgrund dieser Ergebnisse ist abzuleiten, daß die Schichtdicke des Gummis für den jeweili gen Verwendungszweck auszuwählen ist. Sie soll so dick sein, daß sie die Deformation durch die Partikel aufnehmen kann, sie hängt also ab von der Partikelgeschwindigkeit und Partikelgröße (-masse). In den Ausführungsbeispielen ist die Partikelgröße um 50 µm Durchmesser anzusetzen und die dazu benötigte Gummischichtdicke von 1 mm ist ausrei chend. Die Schichtdicken sind während des Einsatzes nicht veränderbar. Es ist möglich, im Herstellungsprozeß besonders gefährdete Stellen des Grundwerkstoffes mit einer dickeren Gummischicht zu versehen, z. B. durch Aufspritzen der Gummischicht an diesen Stellen. Die Metallfolien-Schicht soll entsprechend ihrer Festigkeit einen entsprechenden Wider stand gegen Faltenbildung besitzen (von 0,1 mm bis 0,25 mm ausreichend). Wobei im Fall des Einsatzes von TiA16V4-Folie Dicken von 0,1 mm ausreichen. Bei Einsatz duktilerer Fo lien sind dickere Schichten oder zusätzliche Hartstoffbeschichtungen notwendig.Based on these results, it can be deduced that the layer thickness of the rubber for the respective selected for the intended use. It should be so thick that it deforms through which the particles can take up, so it depends on the particle speed and Particle size (mass). In the exemplary embodiments, the particle size is around 50 μm Apply the diameter and the required rubber layer thickness of 1 mm is sufficient chatting. The layer thicknesses cannot be changed during use. It is possible in Manufacturing process particularly vulnerable areas of the base material with a thicker To provide a rubber layer, e.g. B. by spraying the rubber layer at these points. The metal foil layer should have a corresponding resistance according to its strength resistant to wrinkling (sufficient from 0.1 mm to 0.25 mm). In the case of TiA16V4 foil thicknesses of 0.1 mm are sufficient. When using more ductile fo Thicker layers or additional hard material coatings are required.
BezugszeichenlisteReference list
1 Grundwerkstoff
2 Verschleißschutzschicht
3 elastische Schicht
4 metallische oder hartmetallische Schicht
5 Klebstoff 1 base material
2 wear protection layer
3 elastic layer
4 metallic or hard metal layer
5 glue
Claims (8)
durch Kleben
- - bei plattenförmigen Gebilden des Grundwerkstoffs (1) die elastische Schicht (3) und die metallischen oder hartmetallische Schicht (4) nacheinander und übereinander auf den Grundwerkstoff (1) aufgelegt wird und anschließend als Paket kalt einem Druck von 5 bar und 90 Sekunden lang ausgesetzt wird, nachdem vorher die später miteinander in Wirkver bindung stehenden Flächen des Grundwerkstoffes (1), der elastischen Schicht (3) und der metallischen oder hartmetallischen Schicht (4) in bekannter Weise gereinigt, entfettet und mittels Sandstrahlen/Sandpapier aufgerauht und mit einem Klebstoff versehen wurden,
- - bei komplizierten, gewölbten Oberflächen von Gebilden des Grundwerkstoffes (1) die ela stische Schicht (3) und die metallische oder hartmetallische Schicht (4) nacheinander und übereinander auf den Grundwerkstoff (1) in Matrize eingelegt, wobei diese Schichten mit dem Formteil geformt und geklebt gleich ausgehärtet werden, nachdem die später miteinan der in Wirkverbindung stehenden Flächen des Grundwerkstoffes (1), der elastischen Schicht (3) und der metallischen oder hartmetallischen Schicht (4) in bekannter Weise gerei nigt, entfettet und mittels Sandstrahlen/Sandpapier aufgerauht und mit einem Klebstoff ver sehen wurden,
by gluing
- - In the case of plate-like structures of the base material ( 1 ), the elastic layer ( 3 ) and the metallic or hard metal layer ( 4 ) are placed one after the other and one above the other on the base material ( 1 ) and then exposed to a pressure of 5 bar and 90 seconds as a package is cleaned, degreased and roughened by means of sandblasting / sandpaper and provided with an adhesive after the surfaces of the base material ( 1 ), the elastic layer ( 3 ) and the metallic or hard metal layer ( 4 ) which are later to be connected to one another in a known manner were
- - In the case of complicated, curved surfaces of structures of the base material ( 1 ), the elastic layer ( 3 ) and the metallic or hard metal layer ( 4 ) are inserted one after the other and one above the other onto the base material ( 1 ) in the die, these layers being formed with the molded part and glued are cured immediately after the cleaning with the surfaces of the base material ( 1 ), the elastic layer ( 3 ) and the metallic or hard metal layer ( 4 ) in a known manner, degreased and roughened by sandblasting / sandpaper and with an adhesive was seen,
- - bei plattenförmigen Gebilden des Grundwerkstoffes (1) die elastische Schicht (3) ohne die metallische oder hartmetallische Schicht (4) wie beim Kleben auf den Grundwerkstoff (1) fest haftend aufgebracht wird, wobei die Fläche, die nicht mit dem Grundwerkstoff (1) in Wirkverbindung steht, nur aufgerauht wird,
- - bei komplizierten, gewölbten Gebilde des Grundwerkstoffes (1) die elastische Schicht (3) auf den Grundwerkstoff (1) durch Reaktionsgießen oder Reaktionsspritzen aus einem Zweikomponentensystem aufgebracht wird, nachdem vorher der Grundwerkstoff (1) in be kannter Weise gereinigt, entfettet und aufgerauht mit einer Rauhtiefe 5 Mikrometer bis 7 Mikrometer vorbereitet wurde,
- - In the case of plate-like structures of the base material ( 1 ), the elastic layer ( 3 ) without the metallic or hard-metal layer ( 4 ) is firmly adhered as when gluing to the base material ( 1 ), the surface not being covered with the base material ( 1 ) is in active connection, is only roughened,
- - In the case of complicated, curved structures of the base material ( 1 ), the elastic layer ( 3 ) is applied to the base material ( 1 ) by reaction casting or reaction spraying from a two-component system after the base material ( 1 ) has been cleaned, degreased and roughened in known manner beforehand a roughness depth of 5 microns to 7 microns has been prepared,
- - Aufdampfen oder durch
- - Sputtern mit Magnetro-Sputtersystemen
- - Evaporation or through
- - Sputtering with magnetic sputtering systems
durch Galvanisieren,
auf den Grundwerkstoff (1) aufgebracht wird, wobei die elastische Schicht (3) in einer der vorgenannten Art und Weise wie beim Aufdampfen zunächst auf den Grundwerkstoff (1) festhaftend aufgearbeitet wird, indem dieser anschließend auf ihrer freien Oberfläche eine leitfähige Polymerschicht (CP) angebracht wird, auf dieser dann eine haftfeste Metallisie rung durch eine galvanische Beschichtung nach nachfolgenden Schritten vorgenommen wird:
1. Schritt: Plasmabehandlung (-aktivierung) der metallischen Schicht (4) in Niederdruck-Plasmakam mer (Druck 0,7 mbar, Durchfluß O₂ bzw. Ar/O₂ 50 ml/min, Zeit 1 bis 10 min, Hochfrequenz 13,56 MHz),
2. Schritt: Aufbringen einer leitfähigen Polymerschicht auf die elastische Schicht (3) mit dem bekann ten DMS-E-Verfahren
- 1. Konditionieren in Tensidlösung 4 min. 60°C
- 2. Oxydative Konditionierung in KMnO₄-Lösung 10 min, 88°C
- 3. Katalisieren, d. h. Tauchbeschichten mit modifizierter Monomerlösung (Thiophenderiva te) 2 min, 20°C
- 4. Fixieren in Säure, d. h. Polymerisation und Dotierung 2 min, 20°C
- 5. Wiederholung der Schritte 2. bis 4., jedoch 2. nur 5 min,
by electroplating,
is applied to the base material ( 1 ), the elastic layer ( 3 ) being worked up in a manner adhering to the base material ( 1 ) in a manner mentioned above, such as by vapor deposition, by subsequently applying a conductive polymer layer (CP) on its free surface is attached, on which an adherent metallization is then carried out by means of a galvanic coating according to the following steps:
1st step: plasma treatment (activation) of the metallic layer ( 4 ) in low-pressure plasma chamber (pressure 0.7 mbar, flow rate O₂ or Ar / O₂ 50 ml / min, time 1 to 10 min, high frequency 13.56 MHz ),
Step 2: Apply a conductive polymer layer to the elastic layer ( 3 ) using the known DMS-E method
- 1. Conditioning in surfactant solution for 4 min. 60 ° C
- 2. Oxidative conditioning in KMnO₄ solution 10 min, 88 ° C
- 3. Catalize, ie dip coating with modified monomer solution (Thiophenderiva te) 2 min, 20 ° C
- 4. Fix in acid, ie polymerization and doping for 2 min, 20 ° C
- 5. Repeat steps 2. to 4., but 2. only 5 minutes,
Eine Aufbringung einer dünnen Zwischenschicht aus Chemisch Nickel oder Chemisch Kupfer in bekannter Weise verbessert die Haftfestigkeit,
durch Aufsprühen auf den Grundwerkstoff (1) aufgebracht wird, wobei die elastische Schicht (3) in einer der vorgenannten Art Weise wie bei dem Aufdampfen auf den Grundwerkstoff (1) fest haftend aufgearbeitet wird, indem dieser, die kalt ist, anschließend auf ihrer freien Oberfläche, die als Pulver oder Draht vorliegenden Metalle (Nickel, Nickel-Chrom oder Titan) in einer energiereichen Quelle in bekannter Weise mit dem Flammspritzverfahren (Acetylen-Sauerstoff-Gemisch) aufgetragen werden.3rd step: galvanic nickel plating or copper plating and subsequent nickel plating in a known manner up to a layer thickness of approx. 60 µm at 20 ° C to 60 ° C, 2 A / dm² approx. 2 hours, depending on the bath type and the bath quality.
Applying a thin intermediate layer of chemical nickel or chemical copper in a known manner improves the adhesive strength,
is applied by spraying onto the base material ( 1 ), the elastic layer ( 3 ) being worked up firmly adhering to the base material ( 1 ) in one of the aforementioned ways as in the case of vapor deposition, in that the cold material is then free Surface, which are present as powder or wire metals (nickel, nickel-chromium or titanium) in a high-energy source in a known manner using the flame spray process (acetylene-oxygen mixture).
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| DE4443440A DE4443440A1 (en) | 1994-01-26 | 1994-12-07 | Erosion and cavitation wear protection layer |
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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