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GEBIET DER
TECHNIK
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Die Erfindung bezieht sich auf ein
Schmierbeschichtungs- und Füllmaterial
zum Zurückversetzen
von Metalloberflächen,
die durch Kratzer, Einkerbungen, Aushöhlungen oder auf andere Weise
beschädigt
worden sind, in einen funktionsfähigen
Zustand, um kostspielige Reparaturvorgänge zu vermeiden und Abfälle von Metallkomponenten
zu minimieren, sowie auf Verfahren für das Zurückversetzen einer beschädigten Oberfläche eines
Substrats in einen funktionsfähigen
Zustand durch Aufbringen eines Füllmaterials,
das aus Epoxid und Wolframdisulfid besteht.
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ALLGEMEINER
STAND DER TECHNIK
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Bisher ist es bei beschädigten Oberflächen von
Metallteilen allgemein üblich
gewesen, Kratzer in abgenutzten Bereichen durch Schweißen oder
Löten zu
reparieren und daraufhin maschinell zu bearbeiten, um die Oberflächen wieder
in einen funktionsfähigen
Zustand zurückzuversetzen.
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Obwohl diese Art von Reparatur zeitraubend
und kostspielig war, war sie kostenwirksamer als das Verschrotten
des Metallteils. Im Bestreben, die Kosten zu reduzieren, ist vorgeschlagen
worden, dass derartige beschädigte
Bereiche eventuell durch Verwendung eines Hochleistungs-Epoxidmaterials
repariert werden können.
Jedoch ist es erst durch Zusetzen von Molybdändisulfid zum Epoxid, wie in
der US-Patentschrift Nr. 3,950,571 bezüglich des Verfahrens und Materials
offenbart ist, möglich
geworden, beschädigte
Oberflächen und
insbesondere diejenigen Metallteile, die eventuell Flugkraftstoff
bei Temperaturen über
177°C (350°F) ausgesetzt
werden, auf praktische und wirtschaftliche Weise wiederherzustellen.
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Während
mit durch Molybdändisulfid
modifiziertem Epoxid durchgeführte
Reparaturen für
die meisten Anwendungen befriedigende Ergebnisse bieten, ist beobachtet
worden, dass in dem zum Reparieren der beschädigten Oberflächen angewendeten
Material Hohlstellen auftreten können.
Um durch Anwendung eines durch Molybdändisulfid modifizierten Epoxids
eine glatte und hohlstellenfreie Oberfläche zu erzielen, müssen zwei
oder drei Schichten aufgetragen werden, um eine porenfreie Oberfläche zu erzielen,
und nach jedem Auftrag ist eine maschinelle Bearbeitung erforderlich.
Untersuchungen haben ergeben, dass eine Hauptursache der Hohlstellen
und der dadurch entstehenden Porosität einer reparierten Oberfläche vom
Verdampfen von Lösungsmitteln
während
des Aushärtungsvorgangs
herrührt,
die als Träger
für die
modifizierte Epoxidmischung verwendet werden. Die Entwicklung von
Hohlstellen und einer porösen
Oberfläche
muss vermieden oder minimiert werden, um eine maximale strukturelle
Integrität,
eine bessere Abnutzungsresistenz zu erzielen und potentielle durch
Auslaufen durch die reparierte Fläche hervorgerufene Probleme
zu minimieren.
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Nach Überprüfen der zurzeit auftretenden
Probleme wurde festgestellt, dass ein Ausbesserungsmaterial folgende
Eigenschaften oder Merkmale aufweisen bzw. besitzen sollte: einen
geringen Reibungskoeffizienten, eine so gering wie mögliche Porosität sowie
eine gute Widerstandsfähigkeit
gegen Flugkraftstoff bei Temperaturen über 177°C (350°F). Des Weiteren sollten derartige
Materialien, wenn sie zum Ausbessern von Oberflächen verwendet werden, nicht
porös sein,
die Oberfläche
schmieren und eine maschinell bearbeitbare Beschichtung durch Auftragen
in einer einzigen Schicht bieten, um die zum Versetzen oder Zurückversetzen einer
Oberfläche
in den funktionsfähigen
Zustand erforderliche Zeit zu reduzieren.
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Eine Lösung dieser Probleme besteht
darin, ein Füllmaterial
zu verwenden, das aus einer Mischung von Wolframdisulfid und einem
einzigen Anteil von Epoxid besteht, wie beispielsweise dem von Dexter
Hysol Corporation verkauften Hysol 929NA, wie es in der US-Patentschrift
Nr. 5,316,790 offenbart ist. Eine andere Lösung besteht darin, ein Füllmaterial
zu verwenden, das aus einer Mischung von Wolframdisulfid und einem Bismalemid
besteht, wie beispielsweise dem von Dexter Hysol Corporation verkauften
Hysol EA9369, wie es in der US-Patentschrift Nr. 5,516,548 offenbart
ist. Beide dieser Patente sind vom Zessionär dieser Patentanmeldung übertragen
worden.
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Ein Nachteil dieser Lösungen besteht
darin, dass Hysol 929NA und Hysol EA9369 wärmeaktivierte Einkomponenten-Systeme sind, die
während
des Versands unbeständig
sind. Wegen dieser Wärmeunbeständigkeit
sind spezielle Lager- und Transportbedingungen erforderlich, um
die Komponenten bei bzw. unter 0°C (32°F) zu halten,
um außer
Kontrolle geratende exotherme Reaktionen zu verhindern.
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Dementsprechend besteht ein Bedarf
für ein
Füllmaterial,
das aus einer Mischung von Wolframdisulfid und einem Epoxid besteht
und die Nachteile der Systeme des Stands der Technik überwindet.
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KURZDARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung
besteht darin, ein Füllmaterial
zu bieten, das aus einer Mischung von Wolframdisulfid und einem
Epoxid besteht und das unter Transportbedingungen nicht exotherm reagiert
und daher leicht zu transportieren und zu handhaben ist.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Zurückversetzen einer be schädigten bzw.
abgenutzten Oberfläche
eines Metallsubstrats in einen funktionsfähigen Zustand zu bieten.
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Die vorliegende Erfindung erfüllt diese
Aufgaben, indem sie ein Verfahren bietet zum Zurückversetzen einer beschädigten Oberfläche eines
Substrats in einen funktionsfähigen
Zustand durch ein Füllmaterial,
das im Wesentlichen aus einem Wolframdisulfid-Epoxidharz mit einem
Verhältnis
von Epoxid zu Wolframdisulfid von 10:1 besteht. Nach Aufbringen
des Füllmaterial
auf die beschädigte
Oberfläche
kann es bei Raumtemperatur ausgehärtet bzw. wärmegehärtet werden, indem die Temperatur
gleichmäßig auf
eine Aushärtungstemperatur
des Epoxids erhöht
wird, damit eventuell vorhandene flüchtige Substanzen ohne Bildung
von Hohlstellen in der Oberfläche
verdampfen können,
derart dass die dabei entstehende Porosität die Korrosion des Substrats
verhindert, wenn es aromatischen Brennstoffen bei Temperaturen von
177 °C (350°F) ausgesetzt
ist. Das Füllmaterial
besteht aus Wolframdisulfid und einem Zweikomponenten-Epoxid wie
Hysol EA9394/C-2.
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Diese und andere Aufgaben, Merkmale
und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind in der folgenden genauen
Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung aufgeführt oder
werden daraus offensichtlich, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden
Zeichnungen gelesen wird.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
einen Querschnitt eines Substrats, auf das ein Füllstoff der vorliegenden Erfindung
gemäß aufgebracht
ist.
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2 zeigt
einen Querschnitt des Substrats von 1,
das erfindungsgemäß ausgebessert
worden ist.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORM
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Bei unserer Suche nach einem Ausbesserungsmaterial
wurde ein modifizierter Epoxidfüllstoff
unter Bildung einer Mischung von Wolframdisulfid (WS2)
mit einem Zweikomponenten-Epoxid, nämlich Hysol EA 9394/C-2, das
von Dexter Hysol Corporation auf handelsmäßiger Basis erhältlich ist,
compoundiert. Bei Hysol EA 9394/C-2 wird ein nichtaromatisches Aushärtungsmittel
verwendet, das viele der ausgezeichneten Eigenschaften, die die
aromatischen Amin-Aushärtungssysteme
mit langen Topfzeiten bieten, beibehält. Es erreicht seine Handhabungsfestigkeit
nach 24 Stunden bei Raumtemperatur, jedoch ist zum Erreichen einer
maximalen Festigkeit bei geringstmöglicher Porosität eine 1,5
Stunden lange Hochfahr- und Tränkungsaushärtung durch
Erhöhen
der Temperatur von der Raumtemperatur auf 93°C (200°F) erforderlich. Hysol EA 9394/C-2
ist ein Zweikomponenten-Epoxid, das aus einem Grundharz wie Bisphenol-A-Epichlorhydrin-Epoxidharz
und einem multifunktionellen Epoxidharz sowie einem Katalysatorsystem
wie Cyclohexanamin und Dicyclohexylmethan-4,4'-diamin besteht. Dabei ist wichtig,
dass beide Komponenten wärmebeständig sind,
was bedeutet, dass sie die exothermen Eigenschaften der Epoxide
des Stands der Technik nicht aufweisen. Daher sind sie einfach zu
handhaben und transportieren.
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Als Alternative kann, wenn eine hohe
Festigkeit erforderlich ist und die Komponenten keiner Ofenaushärtung ausgesetzt
werden können,
ein Zweikomponenten-Epoxidsystem verwendet werden, das seine volle Aushärtung ohne
Wärmealterung
zu erreichen in der Lage ist. Beispiele derartiger Systeme sind
Hysol 934 und 9394, die beide auf handelsmäßiger Basis von Dexter Hysol
Corporation erhältlich
sind.
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Die beiden Komponenten des Epoxids
wurden den Anweisungen des Herstellers entsprechend gemischt, daraufhin
wurde das Wolframdisulfid (WS2) in einem Verhältnis von
zehn Teilen Epoxid zu einem Teil Wolframdisulfid, auf das Gewicht
bezogen, hinzugeben. Die dabei gebildete Mischung wurde fünf Minuten
von Hand gemischt, bis sie eine gleichförmige Konsistenz aufwies, wie
durch eine gleichförmige
graue Farbe zu erkennen ist. Es wurden einige Überlappungsscherproben ASTM
D1002 entsprechend unter Zuhilfenahme von 2024-T3-Aluminium vom Typ
II, Klasse 1, das MIL-A-8625 entsprechend anodisiert worden war,
zubereitet und andere bestanden aus einer Grobsandstrahlbehandlung
unterzogenen Bändern
aus Edelstahl 304 CRES (Oberflächenveredelung ca. 75 RMS).
Das Entfetten wurde mit Hilfe von MEK ausgeführt, das kurz vor Aufbringen
der Mischung auf die Proben aufgebracht wurde.
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Die Mischung wurde auf mehrere Aluminium-
und Stahltestbänder
aufgebracht und zum Aushärten
in einem Ofen in eine Aufspannvorrichtung eingebracht. Die Mischung
wurde dazu verwendet, zwei Testbänder unter
Bildung einer sich überlappenden
Schertestprobe miteinander zu verbinden, und daraufhin in einem
dem folgenden Ablauf entsprechend programmierten Ofen ausgehärtet: Die
Temperatur im Ofen wurde von der Raumtemperatur gleichmäßig auf
93°C (200°F) in einem
30 Minuten langen Hochfahrvorgang erhöht, gefolgt von einem ein Stunden
langen Eintauchen bei 93°C
(200°F).
Der Hochfahrschritt ist wichtig, denn er verbessert die Benetzung
der Oberfläche
des Substrats, während
er das allmähliche
Entweichen der flüchtigen
Substanzen vom Epoxid erlaubt und auf diese Weise die Bildung von
Luftlöchern
oder Hohlstellen, die die Festigkeit des Materials beeinträchtigen,
erlaubt.
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Es wurden jeweils drei Aluminiumproben
unter den folgenden Bedingungen geprüft: Original, nach 72 Stunden
in Düsentreibstoff
A und nach 72 Stunden in ASTM Bezugs-Düsentreibstoff B. Drei CRES-Proben wurden
jeweils unter folgenden Bedingungen geprüft: Original, bei 177°C (350°F) und bei
204°C (400°F) . Die Ergebnisse
sind in Tabelle 1 zusammengefasst. Tabelle
1
Prüfergebnisse, Überlappungsscherfestigkeit
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Die Proben wurden nach dem Überlappscherfestigkeitstest
auf ihre Porosität
an den zerklüfteten
Epoxidoberflächen
hin untersucht. Bei 10facher Vergrößerung wurde keine signifikante
Porosität
festgestellt.
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Um zu beweisen, dass mehrfache Lagen
aufgebracht werden können,
die sowohl an das Substrat als auch aneinander anhängen, wurden
Testplatten von 304 CRES zubereitet, mit der entsprechenden Wolframdisulfid-/Epoxidmischung
auf eine Dicke von ca. 0,254 mm (0,01 Zoll) beschichtet und wie
oben beschrieben durch Hochfahren der Temperatur ausgehärtet. Daraufhin
wurden ca. 0,102 mm (0,004 Zoll) der ausgehärteten Beschichtung maschinell
entfernt. Es wurde kein Abblättern
festgestellt. Eine zweite Beschichtungsschicht einer Dicke von ca.
0,254 mm (0,01 Zoll) wurde daraufhin aufgetragen und durch Hochfahren
der Temperatur ausgehärtet.
Eine zweite maschinelle Behandlung wurde daraufhin zur Entfernung
von weiteren 0,102 mm (0,004 Zoll) der Beschichtung durchgeführt. Es
wurde wiederum kein Abblättern
festgestellt.
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Ein Verfahren für das Zurückversetzen einer beschädigten und/oder
abgenutzten Oberfläche
an einem Metallsubstrat in einen funktionsfähigen Zustand umfasst die folgenden
Schritte. Mit Bezug auf 1 weist
ein Substrat 14 eine Oberfläche 16 mit einer Fehlstelle 12 auf.
Die Fehlstelle 12 wird mit der durch Molybdändisulfid
modifizierten Epoxidmischung 18, die wie oben in dieser
Beschreibung beschrieben zubereitet wird, gefüllt. Die Temperatur der Oberfläche 16 wird
zum Aushärten
der Mischung 18 gleichmäßig erhöht, um eine
gute Oberflächenbenetzung
zu gestatten und ein allmähliches
Freisetzen der flüchtigen
Substanzen zu bieten. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird die Temperatur
der Oberfläche 16 von
der Raumtemperatur auf 93°C (200°F) in einem
30 Minuten langen Hochfahrschritt erhöht, gefolgt von einem ein Stunden
langen Eintauchen bei 93°C
(200°F).
Mit Bezug auf 2 wird überschüssiges ausgehärtetes Material
maschinell entfernt, um einen reparierten Teil mit einer funktionsfähigen Oberfläche 20 an
der Fehlstelle 12 zu schaffen.
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Verschiedene Modifikationen und Änderungen
der oben beschriebenen Erfindung werden den Fachleuten offensichtlich
sein. Dementsprechend sollte die oben aufgeführte Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung als beispielhafter Natur betrachtet werden.
