EP0694628A1 - Process and apparatus for flame spraying - Google Patents
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- EP0694628A1 EP0694628A1 EP95111760A EP95111760A EP0694628A1 EP 0694628 A1 EP0694628 A1 EP 0694628A1 EP 95111760 A EP95111760 A EP 95111760A EP 95111760 A EP95111760 A EP 95111760A EP 0694628 A1 EP0694628 A1 EP 0694628A1
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
- C23C4/129—Flame spraying
Definitions
- the invention relates to a method for flame spraying and an apparatus for performing the method.
- the invention relates to a method for high speed flame spraying.
- High-speed flame spraying is limited to the use of fine-grain powder materials with an average particle diameter of less than 45 ⁇ m. Larger particles are not adequately equipped with thermal energy by the flame-tip burner and therefore bounce off the substrate or result in a loose, easily flaking coating on the substrate.
- the high-speed flame spraying enables coatings with gas speeds between 1300 and 2000 m / s. The density of the coatings produced at these gas velocities is between 95 and 98% of the theoretical density of the spray material, depending on the process and the spray material used. Densities greater than 98% can only be achieved for fine-grained knitting materials and gas velocities above 1800 m / s. With high-speed flame spraying, application rates of up to 1 kg / h can be achieved for oxide-ceramic fine-grained powder materials and up to 3 kg / h for metallic fine-grained powder materials.
- the object of the invention is to make the advantages of high-speed flame spraying usable for coarser particles and thus to further increase the application rates or to realize adhesive layers with high roughness to improve the adhesiveness by introducing coarser particles by means of high-speed flame spraying or to produce composite coatings made of coarse oxide-ceramic particles in combination with a metallic matrix, which is made of fine-grained particles, using high-speed flame spraying.
- This object is achieved by means of the following process steps, introducing powder material into a flame spray burner, spraying the powder onto the substrate to be coated, the powder material being heated before being introduced into the flame spray burner.
- This method has the advantage that the positive results of high-speed flame spraying can be achieved practically regardless of the particle size. It only has to be heated with increasing particle size before the particles are introduced into the flame spray burner, the heating being adapted to the type of particle, such as metallic or ceramic, and the particle size. The heating ensures that sufficient thermal energy is advantageously transferred to the coarse particles, so that they can only be accelerated in the high-speed flame spray jet to high speeds between 1300 and 2000 m / s. Bouncing off larger particles from the substrate or building up looser, more easily flaking off Coatings on the substrate due to oversized particles are advantageously avoided.
- the supply of preheated spray material according to the invention means that the amount of energy required for a dense layer structure is absorbed by the particles before it is introduced into the flame spray burner.
- Layers with densities greater than 98% of the theoretical density can also be produced with coarse-grained powder using the method according to the invention.
- a higher throughput of up to 10 kg / s spray material, which is more than a threefold increase, can be achieved with an unchanged flame spray burner for high-speed flame spraying, since essentially only kinetic energy can be supplied to the spray material and the residence time in the spray flame is no longer determined by the absorption of thermal energy by the particles.
- Spray powder particles up to an order of magnitude of 150 ⁇ m can be processed for high-speed flame spraying, so that rough adhesive layers, for example made of McrAly, which are necessary in particular for oxidic thermal insulation layers on substrates made of Ni, Co or Fe-based alloys in turbine construction, can be realized.
- Metallic layers against hot gas corrosion, which must be applied particularly low in oxygen, are also possible with the invention The method can be represented, since with increasing particle size the oxygen affinity decreases due to the smaller surface of the stritz particles.
- the heating temperature of the powder material is at least 60% of the melting or sublimation temperature of the powder material. These temperatures are preferably between 100 and 1000.degree. This temperature range advantageously enables a high proportion of the thermal energy required in high-speed flame spraying to be transferred to the spray material before it is introduced into the flame spray burner, so that the mass throughput can be increased accordingly.
- the powder materials with an average particle diameter greater than 50 ⁇ m are used.
- an upper limit only results from the geometry of the flame spray burner, which clogs when the particles are too large.
- the parameter of the residence time of the particles in the spray flame which previously limited the particle size becomes meaningless with the method according to the invention. Particle diameters up to 150 ⁇ m could still be processed perfectly without ricocheting off the substrate or forming loose, easily flaking layers.
- roughness values for the adhesive layer surface can advantageously be used of greater than 6 ⁇ m Ra can be achieved.
- High roughness values are indispensable in order to apply preferably oxidic thermal insulation layers on metallic substrates made of Ni, Co or Fe-based alloys in turbine construction.
- the liability here is based on an intimate interlocking of the substrate material with the microdiffused particles made of MCrAlY material of the adhesive layer on the one hand and the interlocking between the adhesive layer and the oxidic thermal insulation layer on the other.
- Coarse-grained, ceramic, in particular oxide-ceramic powder materials can preferably be used and processed with the method according to the invention.
- composite coatings made of coarse ceramic particles and metallic matrix can now be applied.
- the metallic matrix can be introduced by flame spraying fine-grained powder material.
- the metallic matrix envelops the coarse ceramic particles applied by means of an intermediate or upstream high-speed flame spraying process with preheating according to the invention.
- Such Composite coatings can advantageously be used as blade tip armor or for brushing on sealing tips of labyrinth seals.
- a suitable device for flame spraying with a flame spray burner and a powder material feed is required, a heating device being arranged in the powder material feed according to the present invention, and from there a heat-insulated feed line for the powder material to the flame spray burner.
- This device has the advantage that, for high-speed flame spraying, the energy input for the spray material is spatially separated according to the type of energy. Essentially, the required kinetic energy is transferred to the spray material from the high-speed gas jet, which flows out of the flame spray burner at a speed of between 1300 and 2000 m / s, and the required thermal energy is introduced into the material to be sprayed by a heating device which is spatially separated from the flame spray burner. This not only increases the mass throughput due to a conventional high-speed flame spray burner, but also improves the quality of the flame-sprayed layers in terms of density, strength and thermal fatigue resistance.
- the powder material feed has a helically rolled up conveying line which is arranged in the heating device. That has the advantage, that a conventional feed pipe for the spray material can be used for the flame jet burner. For this purpose, part of the tube is wound up helically and passed through a tube furnace in order to transfer the necessary thermal energy to the spray material.
- the tube furnace can be a multi-zone furnace with resistance heating windings for better heat distribution.
- the heating device is preferably a fluidized bed heat exchanger with which heat can be transferred to the spraying material in a particularly energy-saving and economical manner.
- particle heating is in the case of metallic powder or metal-coated powder by means of induction heating, which acts directly on the particles and makes them glow.
- the powder material feed preferably has a heat-insulating feed line to the flame spray burner.
- the heat insulation can consist of a heat-insulating jacket. This has the advantage that the preheated spray material loses only a small amount of thermal energy on the way to the flame spray burner.
- the heat-insulating supply line can preferably also have an additional heater, which advantageously avoids any heat loss of the particles on the way from the heating device to the flame spray burner.
- An additional heater consisting of an electrical resistance heater is particularly suitable for this, since the electrically insulated resistance heater wire can be wound directly onto the supply line.
- FIG. 1 shows an embodiment of the device according to the invention and the method according to the invention is explained in more detail using an example.
- the flame spray burner essentially has the task of accelerating the material to be sprayed from, for example, MCrAlY particles.
- the supply of thermal energy is spatially separated from the flame spray burner 2.
- the powder material feed 4 which consists of a tube which is resistant to high temperatures, is guided through a heating device 5.
- the powder material feed 4 is wound helically into a coil in this example and introduced into a tube furnace 6.
- the spray material which is conveyed through the tube under argon, for example, absorbs heat.
- the spray material can be heated to at least 60% of its melting temperature.
- the spray material heated in this way to temperatures between 100 and 1000 ° C. is then fed to the flame spray burner via the feed line 8.
- the supply line 8 is surrounded by a heat-insulating jacket 9 and has a resistance heating wire which is tightly wound around the feed line.
- the resistance heating wire serves as additional heating so that no heat of the particles is lost in the feed line 8 on the way from the heating device 5 to the flame spray burner 2.
- the resistance heating wire is fed by a regulated current source 10.
Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Flammspritzen und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, wobei noch vor dem Einbringen von Pulvermaterial in einen Flammspritzbrenner und dem Aufsprühen des Pulvers auf das zu beschichtende Substrat das Pulvermaterial aufgeheizt wird. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Hochgeschwindigkeitsflammspritzen, wozu eine herkömmliche Vorrichtung mit einem Flammspritzbrenner und einer Pulvermaterialzuführung eingesetzt wird und in der Pulvermaterialzuführung eine Heizeinrichtung angeordnet ist, die das Pulvermaterial aufheizt. Vorrichtung und Verfahren erlauben vorteilhaft, auch grobkörniges Pulvermaterial mit einem Hochgeschwindigkeitsflammspritzbrenner zu verarbeiten.The invention relates to a method for flame spraying and a device for carrying out the method, the powder material being heated before the powder material is introduced into a flame spray burner and the powder is sprayed onto the substrate to be coated. In particular, the invention relates to a method for high-speed flame spraying, for which a conventional device with a flame spray burner and a powder material feed is used and in the powder material feed a heating device is arranged which heats up the powder material. The device and method advantageously allow coarse-grained powder material to be processed with a high-speed flame spray gun.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Flammspritzen und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Hochgeschwindigkeitsflammspritzen.The invention relates to a method for flame spraying and an apparatus for performing the method. In particular, the invention relates to a method for high speed flame spraying.
Das Hochgeschwindigkeitsflammspritzen ist auf den Einsatz von feinkörnigen Pulvermaterialien mit einem mittleren Teilchendurchmesser von kleiner 45 µm beschränkt. Größere Partikel werden bei diesem Verfahren vom Flammspitzbrenner nicht ausreichend mit Wärmeernergie ausgestattet und prallen deshalb vom Substrat ab oder ergeben eine lockere, leicht abplatzende Beschichtung auf dem Substrat. Das Hochgeschwindigkeitsflammspritzen ermöglicht Beschichtungen mit Gasgeschwindigkeiten zwischen 1300 bis 2000 m/s. Die Dichte der bei diesen Gasgeschwindigkeiten hergestellen Beschichtungen liegt in Abhängigkeit vom Verfahren und dem verwendeten Spritzwerkstoffen zwischen 95 und 98 % der theoretischen Dichte des Spritzwerkstoffes. Dichten größer 98% sind nur erreichbar für feinkörnige Stritzwerkstoffe und Gasgeschwindigkeiten über 1800 m/s. Bei oxidkeramischen feinkörnigen Pulvermaterialien können mit dem Hochgeschwindigkeitsflammspritzen Auftragsraten von bis zu 1 kg/h und für metallische feinkörnigePulvermaterialien bis zu 3 kg/h erreicht werden.High-speed flame spraying is limited to the use of fine-grain powder materials with an average particle diameter of less than 45 µm. Larger particles are not adequately equipped with thermal energy by the flame-tip burner and therefore bounce off the substrate or result in a loose, easily flaking coating on the substrate. The high-speed flame spraying enables coatings with gas speeds between 1300 and 2000 m / s. The density of the coatings produced at these gas velocities is between 95 and 98% of the theoretical density of the spray material, depending on the process and the spray material used. Densities greater than 98% can only be achieved for fine-grained knitting materials and gas velocities above 1800 m / s. With high-speed flame spraying, application rates of up to 1 kg / h can be achieved for oxide-ceramic fine-grained powder materials and up to 3 kg / h for metallic fine-grained powder materials.
Aufgabe der Erfindung ist es die Vorteile des Hochgeschwindigkeitsflammspritzens auch für gröbere Partikel nutzbar zu machen und damit die Auftragsraten weiter zu steigern oder Haftschichten mit hoher Rauhigkeit zur Verbesserung der Haftfähigkeit durch Einbringen von gröberen Partikeln mittels Hochgeschwindigkeitsflammspritzen zu verwirklichen oder Verbundbeschichtungen aus groben oxidkeramischen Partikeln im Verbund mit einer metallischen Matrix, die aus feinkörnigen Partikeln hergestellt wird, mittels Hochgeschwindigkeitsflammspritzen zu erreichen.The object of the invention is to make the advantages of high-speed flame spraying usable for coarser particles and thus to further increase the application rates or to realize adhesive layers with high roughness to improve the adhesiveness by introducing coarser particles by means of high-speed flame spraying or to produce composite coatings made of coarse oxide-ceramic particles in combination with a metallic matrix, which is made of fine-grained particles, using high-speed flame spraying.
Gelöst wird diese Aufgabe mittels folgender Verfahrensschritte, Einbringen von Pulvermaterial in einen Flammspritzbrenner, Aufsprühen des Pulvers auf das zu beschichtende Substrat, wobei das Pulvermaterial vor dem Einbringen in den Flammspritzbrenner aufgeheizt wird.This object is achieved by means of the following process steps, introducing powder material into a flame spray burner, spraying the powder onto the substrate to be coated, the powder material being heated before being introduced into the flame spray burner.
Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß die positiven Ergebnisse des Hochgeschwindigkeitsflammspritzens praktisch unabhängig von der Partikelgröße erreicht werden können. Es muß lediglich mit steigender Partikelgröße eine Aufheizung vor dem Einbringen der Partikel in den Flammspritzbrenner erfolgen, wobei die Aufheizung der Partikelart, wie metallisch oder keramisch und der Partikelgröße angepaßt wird. Die Aufheizung sorgt dafür, daß vorteilhaft eine ausreichende thermische Energie auf die groben Partikel übertragen wird, so daß diese im Hochgeschwindigkeitsflammspritzstrahl nur auf hohe Geschwindigkeiten zwischen 1300 und 2000 m/s zu beschleunigen sind. Ein Abprallen größerer Partikel vom Substrat oder der Aufbau lockerer, leicht abplatzender Beschichtungen auf dem Substrat aufgrund zu großer Partikel werden vorteilhaft vermieden. Weitere Vorteile liegen darin, daß durch die erfindungsgemäße Zuführung von vorgeheiztem Spritzwerkstoff der für einen dichten Schichtaufbau erforderliche Energiebetrag bereits vor dem Einbringen in den Flammspritzbrenner durch die Partikel aufgenommen wird. Damit können metallische Schichten dichter aufgebracht werden, da sich die im teigigen Zustand auf der Bauteiloberfläche auftreffenden Partikel besser verformen. Schichten mit Dichten größer als 98 % der theoretischen Dichte lassen sich bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auch mit grobkörnigem Pulver herstellen. Ein größerer Durchsatz bis zu 10 kg/s Spritzwerkstoff, was einer Steigerung um mehr als das dreifache ausmacht, sind mit einem unverändert beibehaltenen Flammspritzbrenner für das Hochgeschwindigkeitsflammspritzen erreichbar, da mit der Flamme dem Spritzwerkstoff im wesentlichen nur noch kinetische Energie zuzuführen ist und die Verweildauer in der Spritzflamme nicht mehr durch die Aufnahme von thermischer Energie durch die Partikel bestimmt wird. die Haftung der Partikel wird verbessert, da durch den höheren Energieinhalt der Spritzpartikel die Diffusion im Mikrobereich erhöht wird. Selbst keramische Werkstoffe können problemlos und effizient verarbeitet werden . Spritzpulverpartikel bis zu einer Größenordnung von 150 µm werden für das Hochgeschwindigkeitsflammspritzen verarbeitbar, so daß rauhe Haftschichten zum Beispiel aus McrAly, die insbesondere für oxidische Wärmedämmschichten auf Substraten aus Ni-, Co- oder Fe-Basislegierungen im Turbinenbau notwendig sind, realisiert werden können. Auch metallische Schichten gegen Heißgaskorrosion, die besonders sauerstoffarm aufgebracht werden müssen, sind mit dem erfindungsgemäßen Verfahren darstellbar, da mit zunehmender Teilchengröße die Sauerstoffaffinität aufgrund der geringeren Oberfläche der Stritzpartikel abnimmt.This method has the advantage that the positive results of high-speed flame spraying can be achieved practically regardless of the particle size. It only has to be heated with increasing particle size before the particles are introduced into the flame spray burner, the heating being adapted to the type of particle, such as metallic or ceramic, and the particle size. The heating ensures that sufficient thermal energy is advantageously transferred to the coarse particles, so that they can only be accelerated in the high-speed flame spray jet to high speeds between 1300 and 2000 m / s. Bouncing off larger particles from the substrate or building up looser, more easily flaking off Coatings on the substrate due to oversized particles are advantageously avoided. Further advantages lie in the fact that the supply of preheated spray material according to the invention means that the amount of energy required for a dense layer structure is absorbed by the particles before it is introduced into the flame spray burner. This means that metallic layers can be applied more densely, since the particles that hit the surface of the component in the doughy state deform better. Layers with densities greater than 98% of the theoretical density can also be produced with coarse-grained powder using the method according to the invention. A higher throughput of up to 10 kg / s spray material, which is more than a threefold increase, can be achieved with an unchanged flame spray burner for high-speed flame spraying, since essentially only kinetic energy can be supplied to the spray material and the residence time in the spray flame is no longer determined by the absorption of thermal energy by the particles. the adhesion of the particles is improved because the higher energy content of the spray particles increases the diffusion in the micro range. Even ceramic materials can be processed easily and efficiently. Spray powder particles up to an order of magnitude of 150 µm can be processed for high-speed flame spraying, so that rough adhesive layers, for example made of McrAly, which are necessary in particular for oxidic thermal insulation layers on substrates made of Ni, Co or Fe-based alloys in turbine construction, can be realized. Metallic layers against hot gas corrosion, which must be applied particularly low in oxygen, are also possible with the invention The method can be represented, since with increasing particle size the oxygen affinity decreases due to the smaller surface of the stritz particles.
Bei einer bevorzugten Durchführung des Verfahrens beträgt die Aufheiztemperatur des Pulvermaterials mindestens 60% der Schmelz- oder Sublimationstemperatur des Pulvermaterials. Vorzugsweise liegen diese Temperaturen zwischen 100 und 1000°C. Dieser Temperaturbereich ermöglicht vorteilhaft einen hohen Anteil der erforderlichen thermischen Energie beim Hochgeschwindigkeitsflammspritzen bereits vor dem Einbringen in den Flammspritzbrenner auf den Spritzwerkstoff zu übertragen, so daß der Massendurchsatz entsprechend erhöht werden kann.In a preferred implementation of the method, the heating temperature of the powder material is at least 60% of the melting or sublimation temperature of the powder material. These temperatures are preferably between 100 and 1000.degree. This temperature range advantageously enables a high proportion of the thermal energy required in high-speed flame spraying to be transferred to the spray material before it is introduced into the flame spray burner, so that the mass throughput can be increased accordingly.
In einer weiteren bevorzugten Durchführung des Verfahrens wird das Pulvermaterialien mit einem mittleren Teilchendurchmesser größer 50 µm eingesetzt. Eine obere Grenze ergibt sich nach den bisherigen Untersuchungen nur aus der Geometrie des Flammspritzbrenners, der bei zu großen Teilchen verstopft. Der bisher die Partikelgröße begrenzende Parameter der Verweilzeit der Partikel in der Spritzflamme wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bedeutungslos. Teilchendurchmesser bis 150 µm konnten noch einwandfrei verarbeitet werden, ohne vom Substrat abzuprallen oder lockere, leicht abplatzende Schichten zu bilden.In a further preferred implementation of the method, the powder materials with an average particle diameter greater than 50 μm are used. According to previous studies, an upper limit only results from the geometry of the flame spray burner, which clogs when the particles are too large. The parameter of the residence time of the particles in the spray flame which previously limited the particle size becomes meaningless with the method according to the invention. Particle diameters up to 150 µm could still be processed perfectly without ricocheting off the substrate or forming loose, easily flaking layers.
Wird vorzugsweise grobkörniges Pulver aus MCrAlY-Material eingesetzt, um Haftschichten auf Substraten aus Ni-, Co- oder Fe-Basislegierungen aufzubringen, so können vorteilhaft Rauheitswerte für die Haftschichtoberfläche von größer 6 µm Ra erreicht werden. Hohe Rauheitswerte sind unerläßlich, um vorzugsweise oxidische Wärmedämmschichten auf metallischen Substraten aus Ni-, Co- oder Fe-Basislegierungen im Turbinenbau aufzubringen. Die Haftung basiert hier auf einer innigen Verzahnung des Substratwerkstoffs mit den mikrodiffundierten Partikeln aus MCrAlY-Material der Haftschicht einerseits und der Verzahnung zwischen Haftschicht und oxidischer Wärmedämmschicht andererseits.If coarse-grained powder made of MCrAlY material is preferably used to apply adhesive layers to substrates made of Ni, Co or Fe-based alloys, roughness values for the adhesive layer surface can advantageously be used of greater than 6 µm Ra can be achieved. High roughness values are indispensable in order to apply preferably oxidic thermal insulation layers on metallic substrates made of Ni, Co or Fe-based alloys in turbine construction. The liability here is based on an intimate interlocking of the substrate material with the microdiffused particles made of MCrAlY material of the adhesive layer on the one hand and the interlocking between the adhesive layer and the oxidic thermal insulation layer on the other.
Eine Verarbeitung von grobkörnigen keramischen Pulvern mittels Hochgeschwindigkeitsflammspritzen, zum Beispiel zur Darstellung von Wärmedämmschichten, war bisher ausgeschlossen, weil die Verweildauer des keramischen Spritzwerkstoffes in der Spritzflamme zur Aufnahme ausreichender thermischer Energie nicht ausreichte. Für derartige Aufgaben wurde auf das hochenergetische und kostenintensivere Plasmaspritzverfahren ausgewichen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können vorzugsweise grobkörnige, keramische, insbesondere oxidkeramische Pulvermaterialien eingesetzt und verarbeitet werden. Dadurch sind neben Wärmedämmschichten nun auch Verbundbeschichtungen aus keramischen Grobpartikeln und metallischer Matrix aufbringbar. Die metallische Matrix kann wie bisher durch Flammspritzen von feinkörnigem Pulvermaterial eingebracht werden. Die metallische Matrix umhüllt dazu die mittels einem zwischengeschalteten oder vorgeschalteten Hochgeschwindigkeitsflammspritzverfahren mit erfindungsgemäßem Vorheizen aufgebrachten groben Partikel aus Keramik. Solche Verbundbeschichtungen können vorteilhaft als Schaufelspitztenpanzerungen oder für Anstreifbeschichtungen von Dichtspitzen von Labyrinthdichtungen eingesetzt werden.The processing of coarse-grained ceramic powders using high-speed flame spraying, for example to display thermal insulation layers, was previously ruled out because the ceramic spray material did not remain in the spray flame to absorb sufficient thermal energy. For such tasks, the high-energy and cost-intensive plasma spraying process was used. Coarse-grained, ceramic, in particular oxide-ceramic powder materials can preferably be used and processed with the method according to the invention. As a result, in addition to thermal insulation layers, composite coatings made of coarse ceramic particles and metallic matrix can now be applied. As before, the metallic matrix can be introduced by flame spraying fine-grained powder material. For this purpose, the metallic matrix envelops the coarse ceramic particles applied by means of an intermediate or upstream high-speed flame spraying process with preheating according to the invention. Such Composite coatings can advantageously be used as blade tip armor or for brushing on sealing tips of labyrinth seals.
Zur Durchführung des Verfahrens ist eine geeignete Vorrichtung zum Flammspritzen mit einem Flammspritzbrenner und einer Pulvermaterialzuführung erforderlich, wobei gemäß der vorliegenden Erfindung in der Pulvermaterialzuführung eine Heizeinrichtung angeordnet ist und von dort aus eine wärmeisolierte Zuleitung für das Pulvermaterial zum Flammspritzbrenner verläuft.To carry out the method, a suitable device for flame spraying with a flame spray burner and a powder material feed is required, a heating device being arranged in the powder material feed according to the present invention, and from there a heat-insulated feed line for the powder material to the flame spray burner.
Diese Vorrichtung hat den Vorteil, daß für ein Hochgeschwindigkeitsflammspritzen die Energieeinbringung für den Spritzwerkstoff nach Art der Energie räumlich getrennt erfolgt. Im wesentlichen wird die erforderliche kinetische Energie von dem Hochgeschwindigkeitsgasstrahl, der mit einer Geschwindigkeit zwischen 1300 und 2000 m/s aus dem Flammspritzbrenner strömt, auf den Spritzwerkstoff übertragen und die erforderliche thermische Energie durch eine vom Flammspritzbrenner räumlich getrennt angeordnete Heizeinrichtung in das Spritzgut eingebracht. Damit erhöht sich nicht nur der Massendurchsatz durch einen herkömmlichen Hochgeschwindigkeitsflammspritzbrenner sondern es wird auch die Qualität der flammgespritzten Schichten in Bezug auf Dichte, Festigkeit und Thermoermüdungsbeständigkeit verbessert.This device has the advantage that, for high-speed flame spraying, the energy input for the spray material is spatially separated according to the type of energy. Essentially, the required kinetic energy is transferred to the spray material from the high-speed gas jet, which flows out of the flame spray burner at a speed of between 1300 and 2000 m / s, and the required thermal energy is introduced into the material to be sprayed by a heating device which is spatially separated from the flame spray burner. This not only increases the mass throughput due to a conventional high-speed flame spray burner, but also improves the quality of the flame-sprayed layers in terms of density, strength and thermal fatigue resistance.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung weist die Pulvermaterialzuführung eine schraubenförmig aufgerollte Förderleitung auf, die in der Heizeinrichtung angeordnet ist. Das hat den Vorteil, daß ein herkömmliches Zuführungsrohr für den Spritzwerkstoff zum Flammstritzbrenner verwendet werden kann. Ein Teil des Rohres wird dazu schraubenförmig aufgewickelt und durch einen Rhorofen geführt, um an den Spritzwerkstoff die notwendige thermische Energie zu übertragen. Der Rohrofen kann zur besseren Wärmeverteilung ein Mehrzonenofen mit Wiederstandsheizwicklungen sein.In a preferred embodiment of the device, the powder material feed has a helically rolled up conveying line which is arranged in the heating device. That has the advantage, that a conventional feed pipe for the spray material can be used for the flame jet burner. For this purpose, part of the tube is wound up helically and passed through a tube furnace in order to transfer the necessary thermal energy to the spray material. The tube furnace can be a multi-zone furnace with resistance heating windings for better heat distribution.
Die Heizeirichtung ist vorzugsweise in einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Wirbelschichtwärmetauscher, mit dem besonders energiesparend und wirtschaftlich Wärme auf den Spritzwerkstoff übertragen werden kann. Eine andere bevorzugte Möglichkeit der Partikelaufheizung besteht bei metallischem Pulver oder metallbeschichtetem Pulver durch eine Induktionsheizung, die unmittelbar auf die Partikel einwirkt und sie zum Glühen bringt.In a further embodiment of the present invention, the heating device is preferably a fluidized bed heat exchanger with which heat can be transferred to the spraying material in a particularly energy-saving and economical manner. Another preferred possibility of particle heating is in the case of metallic powder or metal-coated powder by means of induction heating, which acts directly on the particles and makes them glow.
Vorzugsweise weist die Pulvermaterialzuführung eine wärmeisolierende Zuleitung zum Flammspritzbrenner auf. Die Wärmeisolation kann aus einem wärmeisolierenden Mantel bestehen. Das hat den Vorteil, daß das vorgeheizte Spritzgut auf dem Weg zum Flammspritzbrenner nur geringfügig an thermischer Energie verliert. Die wärmeisolierende Zuleitung kann vorzugsweise auch eine Zusatzheizung aufweisen, wodurch vorteilhaft jeglicher Wärmeverlust der Partikel auf dem Weg von der Heizeinrichtung zum Flammspritzbrenner vermieden wird. Dafür ist eine Zusatzheizung, die aus einer elektrischen Widerstandsheizung besteht besonders geeignet, da der elektrisch isolierte Widerstandsheizdraht unmittelbar auf die Zuleitung gewickelt werden kann.The powder material feed preferably has a heat-insulating feed line to the flame spray burner. The heat insulation can consist of a heat-insulating jacket. This has the advantage that the preheated spray material loses only a small amount of thermal energy on the way to the flame spray burner. The heat-insulating supply line can preferably also have an additional heater, which advantageously avoids any heat loss of the particles on the way from the heating device to the flame spray burner. An additional heater consisting of an electrical resistance heater is particularly suitable for this, since the electrically insulated resistance heater wire can be wound directly onto the supply line.
Figur 1 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren wird an Hand eines Beispiels näher erläutert.FIG. 1 shows an embodiment of the device according to the invention and the method according to the invention is explained in more detail using an example.
Für die Beschichtung eines Werkstücks 1 (vergl. Fig. 1) mit Haftschichtmaterial aus MCrAlY-Partikeln mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 120 µm mittels eines Hochgeschwindigkeitsflammspritzbrenners 2 bei einer Gasgeschwindigkeit von 1800 m/s wird die Oberfläche des Werkstücks 1 zunächst gereinigt und der Flammspritzbrenner so ausgerichtet, daß der Hochgeschwindigkeitsflammspritzstrahl 3 annähernd orthogonal auf die Oberfläche des Werkstücks 1 trifft. Der Flammspritzbrenner hat gemäß der Erfindung im wesentlichen die Aufgabe, das Spritzgut aus beispielsweise MCrAlY-Partikeln zu beschleunigen. Die Zuführung thermischer Energie ist von dem Flammspritzbrenner 2 räumlich getrennt. Dazu wird die Pulvermaterialzuführung 4, die aus einem hochtemperaturfesten Rohr besteht, durch eine Heizeinrichtung 5 geführt. Die Pulvermaterialzuführung 4 ist dazu in diesem Beispiel schraubenförmig zu einer Spule aufgewickelt und in einen Rohrofen 6 eingeführt. Beim Durchlaufen der Windungen 7 der Pulvermaterialzuführung 4 im Rohrofen 6 nimmt der Spritzwerkstoff, der beispielsweise unter Argon durch das Rohr gefördert wird, Wärme auf. Dabei kann der Spritzwerkstoff auf mindestens 60% seiner Schmelztemperatur aufgeheizt werden. Der auf diese Weise auf Temperaturen zwischen 100 und 1000°C aufgeheizte Spritzwerkstoff wird dann über die Zuleitung 8 dem Flammspritzbrenner zugeführt. Die Zuleitung 8 ist von einem wärmeisoliernden Mantel 9 umgeben und weist einen Widerstandsheizdraht, der eng um die Zuleitung gewickelt ist, auf. Der Widerstandsheizdraht dient als Zusatzheizung, damit keine Wärme der Partikel auf dem Weg von der Heizeinrichtung 5 zum Flammspritzbrenner 2 in der Zuleitung 8 verloren geht. Der Widerstandsheizdraht wird von einer geregelten Stromquelle 10 gespeist.For the coating of a workpiece 1 (cf. FIG. 1) with adhesive layer material made of MCrAlY particles with an average particle diameter of 120 μm by means of a high-speed flame spray burner 2 at a gas speed of 1800 m / s, the surface of the workpiece 1 is first cleaned and the flame spray burner so aligned that the high-speed flame spray jet 3 strikes approximately orthogonally on the surface of the workpiece 1. According to the invention, the flame spray burner essentially has the task of accelerating the material to be sprayed from, for example, MCrAlY particles. The supply of thermal energy is spatially separated from the flame spray burner 2. For this purpose, the powder material feed 4, which consists of a tube which is resistant to high temperatures, is guided through a
Claims (11)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| DE4427262A DE4427262C1 (en) | 1994-07-30 | 1994-07-30 | Process and apparatus for flame spraying |
| DE4427262 | 1994-07-30 |
Publications (1)
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