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Verfahren .zum Erzeugen eines metallischen Spritzstrahles Es ist bereits
seit langem bekannt, metallische Sprühstrahlen zu erzeugen, indem Metall oder Metallegierungen,
einschließlich des Stahles, in Pulverform oder in fester Form einer Gebläseflamme
oder einem elektrischen Lichtbogen zugeführt werden. Das Metall wird: durch die
erhöhte Temperatur geschmolzen und mit einem Treibgasstrahl von der Schmelzstelle
weggeblasen und auf die Unterlage in mehr oder minder dünner Schicht aufgeschleudert.
Die Entwicklung dieser Vorrichtungen führte zu den sogenannben Spritzpistolen, wobei
,die mit Gebläseflamme betriebenen größere Bedeutung gewonnen haben als die Elektrospritzpistolen.
Grundsätzlich ist das Zerteilen oder Zerstäuben von Metallen zu einem Sprühstrahl
auch derart möglich, daß einer Düse geschmolzenes Metall zugeführt wird, .das alsdann-
von dem Treibgas fein zerstäubt auf die Unterlage aufgespritzt wird. Vorrichtungen
:der letztgenannten Art haben sich in der Praxis kaum eingeführt, weil sie wegen
,der Notwendigkeit, ein Schmelzbad zu unterhalten, umständlich zu handhaben sind.
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Durch das Spritzen mittels der Spritzpistolen wird ein mehr oder minder
festhaftender Überzug auf der Unterlage geschaffen. Hierzu muß die Bedingung eingehalten
werden, ,daß das Aufschleudern mit verhältnismäßig großer Wucht geschieht und daß
das Auftreffen der Metallteilchen so eingestellt wird, daß im Augenblick des Auftreffens
der Schmelzzustand schon verlassen ist. Darüber hinaus muß dafür ,gesorgt werden,
daß eine möglichst geringe Oxydation auftritt. Aus den letztgenannten Gründen ist
schon vorgeschlagen worden, als Treibgas, das die Zerstäubung des Metalls an der
Schmelzstelle herbeiführt, an Stelle der ursprünglich benutzten Preßluft Gase zu
verwenden, die eine Oxydation unterbinden, wie beispielsweise Stickstoff oder Edelgase,
ferner auch Kohlensäure. Es
wurde aber nicht dafür Sorge getragen,
daß der Sprühstrahl vollkommen vom Schutzgas umhüllt bleibt. Wasserstoff ist als
Treibgas nicht verwendet worden, offenbar, weil bei Verwendung von Wasserstoff eine
so starke Flammenwirkung entsteht, tdie das Arbeiten mit -der Pistole stark behindern
und der Betrieb zu teuer werden würde. Trotz der Verwendung solcher oxydationsvermindernder
Treibgase befriedigt die Ausbildung der geschaffenen Überzüge nicht in jedem Fall.
Es wird mehr oder minder nur ein Haufwerk von Metallteilchen geschaffen, die mechanisch
ineinander verhakt sind, wobei die Oxydhäutchen ein Zusammenfließen oder Zusammensintern
der einzelnen Teilchen mehr oder minder verhindern. Die Überzüge sind daher auch
nicht dicht, und wahrscheinlich ist auch die mangelnde Haftfestigkeit der Überzüge
auf der Unterläge teilweise auf die erwähnte Erscheinung zurückzuführen, wenn auch
in dieser Beziehung Wandlung :dadurch geschaffen werden kann, ,daß die Oberfläche
für das Aufspritzen durch Aufmuhen; Reinigen, u. dg. vorbereitet wird.
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Der Erfinder hat erkannt, daß die Güte der aufzuspritzenden Schichten
in jeder Beziehung verbessert werden 'kann, wenn -die Oxydation der rnetallischen
Teilchen vollkommen unterbunden wird. Um dies zu erreichen, wird für die Erzeugung
eines metallischen Sprühstrahles vorgeschlagen, diesen von der Zerteilungs- oder
Zerstäubungsstelle bis zum Auftreffen auf die Unterlage mit Schutzgas zu umhüllen.
Diese Maßnahme kann vorzugsweise bei Elektrospritzpistolen oder ähnlich arbeitenden
Apparaten angewendet werden. Selbstverständlich könnte sie auch bei Spritzpistolen
benutzt werden, die mit Gasschmelzung arbeiten, jedoch würden hier die Verbrennungsgase
die Wirkung einschränken. Gleichgültig ist hierbei, oh',das Metall in Pulverform
oder fest zugeführt wird, und es ist ferner möglich, diese Methoden bei Verfa'hre'n
anzuwendenr, die unter Zufuhr geschmolzenen Metalls zur Zerstäubungsstelle arbeiten.
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In, Ausübung des Verfahrens wird so vorgegangen, .daß .das Schutzgas
in eine den Sprühstrahl und die Unterlage umschließende Kammer eingeführt wind.
DieseMaß-nnähmen führen zu einem gänzlich anders gearteten Ergebnis als bei der
bekanntenVerwendung eines nichtoxydierendenGases als Treibgas bei bekannten Spritzpistolen,
bei denen Idas Treibgas unmittelbar hinter der Zerstäubungsstelle expandiert und
daher aus dem Sprühstrahl austritt. Dabei sind infolge von Wirbelbildung und Nachströmen
der atmosphärischen Luft die Teilchen zum mindesten beim Auftreffen auf die Unterlege
nicht mehr von Schutzgas umhüllt, und es ' bleibt weitgehend den jeweils vorliegenden
Bedingungen überlassen, in welchem Maße,die einzelnen Teilchen von einem Gemisch
aus Luft und gegen Oxydation schützendes Gas umhüllt sind. Wenn dagegen der Sprühstrahl
positiv von einem Schutzgas um'hü'llt ist, und zwar von der Zerstäubungsstelle bis
zur Auftreffstelle, so können die einzelnen Metallteilchen ausschließlich nur von
Schutzgas umhüllt sein, wobei es als. selbstverständlich vorauszusetzen ist, @daß
als Treibgas ein die Oxydation verhinderndes Gas verwendet wird. -Das so weit ausgebildete
Verfahren wäre noch verhältnismäßig kostspielig, da idie große Menge des Treibgases
aus relativ teuerem Schutzgas bestehen müßte, das nutzlos aus der Kammer austreten
würde.
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Deshalb wird das Schutzgas nach einem weiteren Merkmal der Erfindung
im Umlauf benutzt.
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In der Elektropistole wird z. B. ein Kompressor oder -sonstiger Gasverdichter
benutzt. Der Gasumlauf isst etwa folgender: Die erwähnte Kammer, die die Strahleinrichtung
umgibt, sowie die angeschlös,senen Einrichtungen und Leitungen sind nach zuvorigem
Ausspülen mit Wasserstoff oder Stickstoff mit Wasserstoff gefüllt und bleiben mit
dem Gasvorratsbehälter oder über ein Reduzierventil mit der Gasflasche verbunden.
Sie werden unter einem Druck von etwa 2o bis 5o mm Wassersäule gehalten; so daß
wenig Gas aus den Öffnungen oder Dichtungsstellen ausströmt. Dann kann der Kompressor
oder Gasverdichter eingeschaltet werden. Der Kompressor drückt das Gas mit dem benötigten
Druck in die Düse der Spritzpistole und wird mit dem Metallsprühstrahl in die Kammer
gedrückt. Durdh strömungstechnisch -richtige Ausbildung,der Kammer wird für möglichst
wirbelfreie Expansion des Gases gesorgt, so daß der Metallstrahl zusammengehalten,
möglichst wenig gebremst oder abgelenkt wird. An ,geeigneter Stelle,der Kammer ist
,der Saugstutzen des Kompressors angeschlossen.
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Bei der Erzeugung von festhaftenden Schichten ist die Temperatur von
wesentlichem Einfloß, und das Verfahren gemäß der Erfindung gestattet eine einfache
Einwirkung auf diese Temperaturverhältnisse und ihre Steuerung. Hierzu wind vorgeschlagen,
das Gas bei ider Umwälzung durch ein Kühl- oder Heizsystem zu leiten, das beispielsweise
in Form von Rippenkühlern od. dgl. mit einem dazugehörigen Leitungssystem an oder
hinter der Umhüllungskammer vorgesehen ist. Es kann ferner beispielsweise eine elektrische
Heizung in den Gasleitungen: in der Nähe der Düse angeordnet werden. Je nachdem,
ob die Wirkung eines derartigen zusätzlichen Kühl- oder Heizsystems ganz oder teilweise
ausgenutzt wird, kann die Temperatur im Umhüllungsraum und vor -allem an der Auftreffstelle
des Sprühstraihles, die gegebenenfalls noch gesondert geheizt werden kann, nach
Wunsch eingestellt werden. Es ist auf diese Weise möglich, neben der Verhinderung
der Oxydation auch die Temperatur, die wesentlich für die Haftfestigkeit, Dichte
und sonstige Eigenschaften des Überzuges ist, planmäßig zu beeinflussen und auch
die Form oder Unterlage ohne Oxydationsgefahr auf der zweckmäßigsten Temperatur
zu halten.
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Es war schore :darauf hingedeutet worden, @daß es notwendig sei, als
Treibgas ein solches zu verwenden, das .die Oxydation .des Metalls verhindert. In
weiterer Ausgestaltung ider Erfindung ist es möglich, das .den Sprühstrahl umhüllende
und umgewälzteSchutzgas für dieTreibarbeit auszunutzen, indem es durch geeigneteLeitungen
derZerteilungss'telle mit großer Strömungsgeschwfndigkeft zugeführt
wird.
Ferner ist es möglich, denGasverdichter in unmittelbare Nähe der Düse und der Kammer
zu rücken oder ihn -direkt in die Kammer einzubauen.
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Als Schutzgas können die verschiedensten Gase verwendet -,werden,
und zwar sowohl diejienigen, die bereits früher als Treibgase verwendet worden sind,
wie Stickstoff, Edelgas o:d. ;dgl., als auch Wasserstoff. Für das Verfahren gemäß
der Erfindung hat sich Wasserstoff als ganz besonders zweckmäßig erwies-en. Bei
derartigen Apparaturen wird es nicht gelingen, dieDichtung zwischen dem mit d@erSpritzauflage
zu versehenden Werkstück und der umhüllenden Kammer so vollkommen zu gestalten,
daß keine Gasverluste eintreten. Während die austretenden Gase, wie Stickstoff od.
dgl., zur Belästigung des Arbeiters führen können, ist dies bei Wasserstoff nicht
der Fall, da er an den Austrittsstellen (Undichtigkeiten) entzündet werden, kann
und gefahrlos abbrennt. Außerdem ist durch die an den Dichtungsstellen brennende
Wasserstoffflamme stets eine eindeutige Anzeige für das Vorhandensein genügender
Schutzgasmi;ngen gegeben. Bei nichtbrennenden Gasen, wie Stickstoff, Edelgasen od.
dgl., ist diese selbsttätige Kontrolle nicht möglich.
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Auf Grund .der Maßnahmen gemäß der Erfindung gelingt es, nicht nur
verhältnismäßig :dünne Schichten besonders guter Eigenschaften aufzuspritzen, es
wird vielmehr möglich, auch Formkörp:r aufzubauen, und zwar offenbar deshalb, weil
infolge der Verhinderung der Oxydation nicht mehr ein Haufwerk von einzelnen Metallteilchen
entsteht, die nur mechanisch ineinander verhakt sind, sondern eine Textur, die ihrer
Ausbildung nach etwa ein Zwischenstadium zwischen dem gesinterten Zustand und dem
geschmolzenen Zustand darstellt. Es ist daher, insbesondere auch mit Spritzpistolen,
beispielsweise in der Form der Elektrospritzpistole, möglich, Formkörper durch einen
Spritzvorgang herzustellen, wobei diese entweder selbständig oder als Teile c nes
auf anderem Wege bzw. ebenfalls durch einen Spritzweg gewonnene Körper erzeugt werden.
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Wenn in der Beschreibung und in den nachfolgenden Ansprüchen von Metallen
die Rede ist, so sollen hierunter Nichteisenmetalle und Eisenmetalle verstanden
werden, ferner Legierungen ,dieser untereinander und gegebenenfalls auch mit Metalloiden,
wobei es gleichgültig ist, ob der Zerstäubungsstelle die fertiggebildete, Legierung
zugeführt wird oder ob die einzelnen Bestandteile der später in der Schicht bzw.
dem Sprühstrahl gebildeten Legierung einzeln der Zerstäubungsstelle zugeleitet werden.