EP0707188A1 - Tragkörper aus SiC - Google Patents

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EP0707188A1
EP0707188A1 EP95116102A EP95116102A EP0707188A1 EP 0707188 A1 EP0707188 A1 EP 0707188A1 EP 95116102 A EP95116102 A EP 95116102A EP 95116102 A EP95116102 A EP 95116102A EP 0707188 A1 EP0707188 A1 EP 0707188A1
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EP
European Patent Office
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layer
support body
sic
body according
corrosion protection
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EP95116102A
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English (en)
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EP0707188B1 (de
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Andreas Dr. Sonntag
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Morgan Crucible Co PLC
Original Assignee
Haldenwanger W KG
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Publication of EP0707188B1 publication Critical patent/EP0707188B1/de
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D5/00—Supports, screens, or the like for the charge within the furnace
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D3/00—Charging; Discharging; Manipulation of charge
    • F27D3/02—Skids or tracks for heavy objects

Definitions

  • the invention relates to support bodies in the form of rollers, Beams, plates, positioning supports or the like as a piece of equipment in heat treatment furnaces for heat treatment of metals consisting of SiC and are coated with a corrosion protection layer and a method for the heat treatment of metals with such a support body.
  • high-temperature-resistant ceramic carrier components offers the advantage over metals that they maintain their shape stability under (static or dynamic) mechanical stress at high operating temperatures and show no distortion after or during cooling.
  • the surface defects ("pittings") described above also disappear when using ceramic supports.
  • These ceramics are oxide-ceramic materials that are characterized by good creep resistance and resistance to temperature changes even at temperatures above 1,000 ° C. Nevertheless, the durability of oxide ceramic supports in the high temperature range is limited, since their typical compositions are not corrosion-resistant to the constituents of the metal material, in particular Fe.
  • oxide-ceramic supports Due to this corrosion reaction, the usability of oxide-ceramic supports is only possible to a limited extent. In the case of very high mechanical loads, such as those that can occur during the transport of steel blocks through roller hardening furnaces, or in the case of very abrupt temperature changes, such as those that occur during quenching in a discontinuously operating hardening furnace, the use of the above-mentioned oxide ceramic materials is additionally restricted at all, since they have the required strength and cannot provide resistance to temperature changes.
  • the invention is characterized by the characteristic features of claim 1 solved.
  • the subclaims show advantageous further training.
  • SiC carrier bodies according to the invention are now compared more resilient to oxidic ceramics and are also extremely resistant to temperature changes. So they can disadvantages known for the oxide-ceramic idlers, as described above, overcome will.
  • the support body according to the invention are shown also clearly superior to the metallic ones, there now the typical appearance that glides on each other two hot metal surfaces ("pitting") arises, no longer occur.
  • SiC materials come in particular recrystallized SiC (RSiC) that infiltrated silicon SiC (SiSiC), the nitridic or oxynitridic bonded SiC and the sintered SiC (SSiC) in Consideration.
  • the inventive coating of the SiC material with a thermally sprayed corrosion protection layer prevents the elements contained in the steels, in particular iron, from reacting with the SiC.
  • SiC materials are not chemically resistant to the elements present in steel (in particular Fe or Ni), since these elements (Me) reduce the SiC at high temperatures under reducing or vacuum conditions according to the reaction equation SiC + Me SiMe + C decompose.
  • Analogous silicide formation reactions eg Cr, Mn, Co, Mo, Nb
  • Alloy elements such as V, Ti, Ta, W can, depending on the thermodynamic equilibrium conditions, after silicide formation or after carbide formation SiC + Me MeC + Si come in. For this reason, SiC grain is used, for example, in the processing of cast iron for carburizing and siliciding, and is used as a deoxidizer in the steel casting process.
  • Nitridic binding phases react similarly Si3N4 + Me SiMe + xN such as Si3N4 + Me MeN + Si or excess metallic Si in the SiC material to form an alloy formation that may lower the melting point and thus increase the vapor pressure, which may result in an increase in the porosity at operating temperatures from approx. 1200 ° C: Si + Me SiMe
  • Si + Me SiMe These reactions lead to a weakening of the SiC material structure, which means that it cannot be used in contact with the above-mentioned metallic elements at high temperatures. For this reason, no support rollers made of SiC have previously been used in the prior art for the heat treatment of metals in heat treatment furnaces.
  • the coating of SiC idlers with oxides is however from another area of application, namely known for the heat treatment of oxidic ceramics (silicate and oxide ceramics). It is proposed to avoid sticking in high temperature applications for oxidic materials, a Apply suspension to the SiC carrier.
  • the Compositions of the suspensions (engobes) is predominantly based on Al2O3 and is preferred on Plates made of recrystallized SiC, which as a base for fired goods in porcelain smooth firing serve at temperatures around 1,400 ° C.
  • the consolidation the engobe layer is caused by fire in the area the operating temperature reached, liability to that SiC base is based on toothing with the open porous Surface of the RSiC.
  • stick Engobes on dense SiC surfaces like them SSiC or SiSiC are generally worse, because the necessary mechanical interlocking of the There is no engobe with the SiC.
  • the Al2O3 layer applied to the SiC has the function of a separating layer in this application in order to prevent the adhesion between the roll and the plate which frequently occurs in temperature ranges from 1,200 to 1,300 ° C.
  • idlers made of high-purity sintered quartz and alumina-containing ceramic are used by means of thermal spraying processes, adhesive layers made of Si, Cr, Ni or their mixtures and the subsequent functional layer made of MgAl2O4, 3Al2O3, 2SiO2, Al2TiO5, ZrO2, Y2O3, TiO2, BaO, MgO, SnO2 or the rare earth oxides described.
  • the function of the oxide layers here is to prevent caking and adhesion reactions between the rollers and the firing material during transport in the furnace.
  • SiC support body with a thermally sprayed corrosion protection layer also for heat treatment of metals in heat treatment furnaces at temperatures > 1000 ° C can be used.
  • the supporting body showed even in temperature ranges above 1,300 ° C an excellent resistance. That too treating metal did not react in any case with the SiC carrier.
  • disadvantages namely the ability to react the SiC with metals contained in the alloys, it was not to be expected that only through the thermally sprayed protective layer of this SiC support body compared to the known metallic or oxide ceramic have such superior properties.
  • the corrosion protection layers according to the invention serve thus for chemical bonding and / or diffusion hindrance the diffusing into the layer structure Metal ions and / or for rejection or slowdown penetration of metallic (partial) Melting in the layer structure.
  • the different compositions of the corrosion protection layers characterize their different Individual functions. These individual functions can through appropriate graded or graded Complete mixed compositions with each other, whereby the total thickness of the corrosion protection layer (s) Do not exceed 300 ⁇ m.
  • The is preferably 200 ⁇ m thick.
  • Characteristic of the composition of the corrosion protection layer is on the one hand that this in reduced or protective gas atmosphere or vacuum low wettability of metallic melting phases exhibit. This is due to corrosion protection coating compositions achieved that proportionately or completely from spinels of the general formula AB2O4, Proportionately or entirely of chromium oxides, in particular Cr2O3 aluminum oxide, titanium oxide or zirconium oxide or consist of their mixtures.
  • A are divalent metals from the group Mg, Fe, Zn, Mn, Co, Ni, Cu or Cd and for B the metals Al, Fe, V, Cr or Ti.
  • Mg / Al spinels are particularly preferred.
  • a particularly preferred embodiment now proposes to apply a so-called compensation layer with a layer thickness of up to 300 ⁇ m, preferably 200 ⁇ m, between the SiC support body and the corrosion protection layer.
  • These compensation layers are composed in such a way that they bring about an adjustment or compensation of the different coefficients of thermal expansion and / or different elastic constants between the corrosion protection layers and the SiC carrier body.
  • the compensation or equalization of the different coefficients of thermal expansion is achieved according to the invention in that the thermal expansion coefficients of the compensating layers are equalized or less than that of the SiC.
  • the invention includes all of these connections.
  • Al2TiO5 for example, has a coefficient of thermal expansion of ⁇ 20-1,000 ° C ⁇ 1.5 ⁇ 10 ⁇ 6 1 / K .
  • the compensation layers can be graded or staged based on, for example, 3Al2O3 ⁇ 2SiO2, ZrO2 ⁇ SiO2 or Al2TiO5.
  • 10 individual layers of approx. 20 ⁇ m each with the mixing ratios 3Al2O3 ⁇ 2SiO2: Cr2O3 from 5:95, 10: 90, 20:80 etc. to 90:10 can be passed over and thus directly adapted to the outer corrosion protection layer.
  • the leveling layers are characterized by certain crack or lamella structures in their structure.
  • Compensating layers with 3Al2O3 ⁇ 2SiO3 and / or ZrO2 ⁇ SiO2 as a layer component are advantageously characterized in that they can form a crack structure or lamella structure parallel to the surface of the base body through the use of thermal spraying technology.
  • These lamellar cracks with a lamellar structure within a typically approx. 200 ⁇ m thick compensation layer lead to a delayed or completely prevented progress of radially aligned cracks, which in turn have their origin due to thermally induced stresses within the corrosion protection layers.
  • Compensating layers that consist partly or completely of Al2 TiO5 have, due to the pronounced anisotropic thermal expansion behavior of the Al2TiO5 single crystal, a material structure typically interspersed with the finest microcracks with a comparatively low modulus of elasticity of approx. 1.5 GPA (elastic modulus of SiSiC is approx .360 GPa). It is therefore characteristic of these compensation layers that thermally or mechanically induced stresses in the layer structure can be reduced or reduced within the compensation layer interspersed with microcracks, the structure giving in to the applied stresses relatively easily.
  • the use of a partial or complete Al2TiO5 compensating layer is the corrosion-inhibiting effect already described above.
  • an adhesive layer is primarily required for dense SiC materials, i.e. Materials without open porosity or smooth surface. These include the sintered SSiC and the silicium-filtered SiSiC.
  • Adhesive layers are in a total thickness of max. 50 ⁇ m, preferably 20 ⁇ m, directly on the previously cleaned and roughened, i.e. with e.g. Corundum grains blasted surface, sprayed on.
  • the function of the adhesive layers is one, fixed adhesive transition between compensation or corrosion protection layer under the SiC material surface to guarantee. This is typically done by metallic Adhesive layer compositions of Si, Ti, Ni, Cr or mixtures or alloys of these elements or also by NiCrAlY, CoCrAlY or NiCoCrAlY alloys reached. Depending on the composition of the adhesive layer can be a vacuum or protective gas atmosphere have a positive influence on the adhesion properties of the layer.
  • metallic adhesive layers are capable mechanical stresses caused by reduce their ductility.
  • the adhesive coating is more open-porous SiC ceramics such as recrystallized SiC (RSiC) or nitridically or oxynitridically bound SiC also supports firm liability in this case the leveling layer and / or anti-corrosion layer to get on the SiC underground, though adhesion without mechanical layer due to mechanical Interlocking is given.
  • RSiC recrystallized SiC
  • nitridically or oxynitridically bound SiC also supports firm liability in this case the leveling layer and / or anti-corrosion layer to get on the SiC underground, though adhesion without mechanical layer due to mechanical Interlocking is given.
  • the invention Discrete layer structure provided from individual layers. But it is also possible that either in individual Layers, e.g. in a corrosion protection layer there is a graded structure or that just one layer in the form of a changing material composition is used.
  • the invention encompasses thus all layer variants, starting from one Corrosion protection layer with a uniform composition, one or more layers with graded Structure, like multiple layers with uniform compositions.
  • Figure 1 shows schematically a layer structure on the SiC support body 1.
  • an adhesive layer 2 with a layer thickness of 20 ⁇ m applied.
  • the leveling layer deposited on it 3 has a thickness of 200 microns.
  • 2 corrosion protection layers 4, 5 provided, each having a thickness of Have 50 microns.
  • the layer compositions can now be chosen so that the individual layers only materials of the respective layer type contain or have a graded structure. In this case the composition changes in one shift.
  • Example II shows one partial formation of new phases in the corrosion protection layer from Al2O3 to FeO Al2O3 (Hercynit) connected with a near-surface compaction of the layer for closed porosity.
  • Example III Base body: nitride-bonded SiC
  • Example No. IV Base: nitride-bonded SiC
  • Example No. V Base body: silicon infiltrated SiC (SiSiC)
  • Example No. VI Base body: silicon-infiltrated SiC (SiSiC)
  • Example No. VII Base: sintered SiC (SSiC)
  • Example No. VIII Base: sintered SiC (SSiC)
  • Examples VII and VIII illustrate one Three-layer structure. Analogous to example V. and VI. were the Si adhesive layers atmospheric in an air atmosphere upset. By increasing the compensation layer thickness on the Anosovite to about 250 ⁇ m an approximately 70 ⁇ m thick ZrO2 layer is sprayed on directly will. Radial crack formation after outsourcing or Thermal shock could occur with this layer thickness ratio be restricted. Possibly. Cracks appear on the Anosovite layer prevented from further progress. Corrosion tests showed a dark discoloration of the ZrO2 protective layer, a new phase formation could cannot be proven. The Cr2O3 protective layer variant also showed no new phase formation. A crack progress from the Cr2O3 layer after outsourcing or after thermal shock tests could from a leveling layer thickness of around 100 ⁇ m can already be prevented.

Abstract

Die Erfindung betrifft Tragkörper in Form von Rollen, Balken, Platten, Positionierstützen oder dergleichen als Ausrüstungsteil in Wärmebehandlungsöfen zur Wärmebehandlung von Metallen, wobei der Tragkörper zumindest im Kontaktbereich aus SiC besteht und daß auf dem SiC eine thermisch gespritzte Korrosionsschutzschicht mit einer Dicke von 1 bis 399 µm aufgebracht ist.

Description

Die Erfindung betrifft Tragkörper in Form von Rollen, Balken, Platten, Positionierstützen oder dergleichen als Ausrüstungsteil in Wärmebehandlungsöfen zur Wärmebehandlung von Metallen, die aus SiC bestehen und mit einer Korrosionsschutzschicht beschichtet sind sowie ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Metallen mit einem derart ausgebildeten Tragkörper.
In Wärmebehandlungsöfen für Metallbauteile, die z.B. zum Härten, Vergüten, Anlassen, Vorwärmen etc. verwendet werden, werden für die im direkten Kontakt mit dem zu behandelnden Metallbauteilen metallische bzw. oxidkeramische Werkstoffe als Trägermaterialien eingesetzt. Diese Trägerkörper, welche in Form von z.B. Rollen, Balken, Platten, Positionierstützern benötigt werden, sind während des Einsatzes unterschiedlichen Belastungen ausgesetzt. Zu diesen gehören z.B. Kontaktreaktionen mit dem zu erwärmenden Metallbauteil (z.B. mit Fe) bei hohen Temperaturen, Temperatur- und Atmosphärenwechsel beim Kühlen der zu härtenden Metalle sowie mechanische Belastungen. So werden z.B. beim Härten von Stählen je nach Stahlsorte und Verfahren Temperaturen von bis zu 1.300° C angewandt. Bei der Verwendung von metallischen Trägermaterialien treten im Hochtemperatureinsatz bzw. Temperaturwechsel Probleme hinsichtlich Verzug (z.B. bei Positionierungen, Halterungen etc.) und Formstabilität auf. So werden metallische Rollen im Hochtemperatureinsatz unter Energieaufwand von innen mit z.B. Luft gekühlt, um ein Kriechen des Werkstoffes unter mechanischer Last im ausreichenden Maße zu unterbinden. Andererseits treten im Hochtemperaturbereich an den Kontaktstellen zwischen Metallgut und metallischer Tragrolle sog. "Pittings" auf, eine typische Erscheinung bei dem Aufeinandergleiten zweier heißen Metalloberflächen.
Der Einsatz hochtemperaturbeständiger keramischer Trägerbauteile bietet gegenüber Metallen den Vorteil, daß diese sowohl unter (statischer oder dynamischer) mechanischer Belastung bei hohen Einsatztemperaturen ihre Formstabilität beibehalten und keinen Verzug nach bzw. während des Abkühlens zeigen. Ebenfalls fallen die oben beschriebenen Oberflächenfehler ("Pittings") beim Einsatz keramischer Träger weg. Bei diesen Keramiken handelt es sich um oxidkeramische Werkstoffe, die sich auch bei Temperaturen oberhalb von 1.000° C durch eine gute Kriechbeständigkeit sowie Temperaturwechselbeständigkeit auszeichnen. Dennoch ist die Haltbarkeit oxidkeramischer Tragkörper im Hochtemperaturbereich begrenzt, da deren typische Zusammensetzungen gegenüber den Bestandteilen des Metallgutes, insbesondere Fe, nicht korrosionsbeständig sind. Dies liegt darin begründet, daß auch nur geringste SiO₂-haltige Phasenanteile mit eindiffundierenden Metallionen wie z.B. Fe2+/3+ zu einer Schmelzpunkteniedrigung der Phasenzusammensetzungen oder Erniedrigung der Viskosität einer Restglasphase im Werkstoff führt. Bedingt durch diese Korrosionsreaktion ist die Einsetzbarkeit oxidkeramischer Tragkörper nur bedingt möglich. Bei sehr hohen mechanischen Belastungen, wie sie z.B. beim Transport von Stahlblöcken durch Rollenhärteöfen auftreten können oder bei sehr schroffen Temperaturwechseln, wie sie beispielsweise beim Abschrecken in einem diskontinuierlich arbeitenden Härteofen auftreten, wird die Einsatzbarkeit o.g. oxidkeramischer Werkstoffe zusätzlich überhaupt eingeschränkt, da sie die erforderlichen Festigkeiten und Temperaturwechselbeständigkeiten nicht erbringen können. Diese beschriebenen Problematiken zum Einsatz von keramischen oder auch metallischen Tragkörpern in Wärmebehandlungsöfen für Metalle hat sogar dahingehend geführt, daß berührungslos arbeitende Härteöfen konstruiert wurden und sich im Einsatz befinden, die mit Gasdruck die zu härtenden Metallbleche in der Schwebe halten. (Furukawa, T. "Steel floats through furnace" American Metal Market, 100, (145), 3, 1992.)
Ausgehend hiervon, ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Tragkörper vorzuschlagen, der gegenüber den vorbekannten metallischen bzw. oxidkeramischen Tragkörpern eine verbesserte Festigkeit und Temperaturwechselbeständigkeit, vorallem aber eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit, aufweist. Außerdem soll das vorstehend erwähnte "Pittings" vermieden werden.
Die Erfindung wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen auf.
Erfindungsgemäß wird somit vorgeschlagen, Tragkörper aus SiC zu verwenden und diese mit einer thermisch gespritzten Korrosionsschutzschicht zu versehen.
Die erfindungsgemäßen SiC-Tragkörper sind nun im Vergleich zu oxidischen Keramiken höher belastbar und besitzen darüberhinaus eine außerordentlich gute Temperaturwechselbeständigkeit. Somit können die bisher für die oxidkeramischen Tragrollen bekannten Nachteile, wie sie vorstehend beschrieben sind, überwunden werden. Die erfindungsgemäßen Tragkörper zeigen sich auch gegenüber den metallischen deutlich überlegen, da ja nun die typische Erscheinung, die beim Aufeinandergleiten zweier heißer Metalloberflächen ("Pitting") entsteht, nicht mehr auftreten. Als relevante SiC-Werkstoffe kommen erfindungsgemäß insbesondere rekristallisierte SiC (RSiC), das Silicium infiltrierte SiC (SiSiC), das nitridisch oder oxynitridisch gebundene SiC und das gesinterte SiC (SSiC) in Betracht.
Durch die erfindungsgemäße Beschichtung des SiC-Werkstoffes mit einer thermisch gespritzten Korrosionsschutzschicht wird vermieden, daß es zur Reaktion von den in den Stählen enthaltenden Elementen, insbesondere Eisen, mit dem SiC kommt. Aus dem Stand der Technik ist es nämlich bekannt, daS SiC-Werkstoffe gegenüber den in Stählen vorliegenden Elementen (insbesondere Fe oder Ni) chemisch nicht beständig sind, da diese Elemente (Me) das SiC bei hohen Temperaturen unter reduzierenden bzw. Vakuumbedingungen nach der Reaktionsgleichung SiC + Me SiMe + C zersetzen. Weitere Leistungselemente können unter o.g. Bedingungen analoge Silicidbildungsreaktionen eingehen (z.B. Cr, Mn, Co, Mo, Nb). Legierungselemente wie z.B. V, Ti, Ta, W können je nach thermodynamischen Gleichgewichtsbedingungen eine Silicidbildung nach oder eine Carbidbildung nach SiC + Me MeC + Si eingehen. Aus diesem Grund wird SiC-Korn z.B. bei der Verarbeitung von Gußeisen zur Aufkohlung und Aufsilicierung eingesetzt sowie im Stahlgußverfahren als Desoxidationsmittel eingesetzt.
Ähnlich reagieren nitridische Bindephasen unter Si₃N₄ + Me SiMe + xN sowie Si₃N₄ + Me MeN + Si oder überschüssiges metallisches Si im SiC-Werkstoff zu einer u.U. schmelzpunkterniedrigenden und somit dampfdruckerhöhenden Legierungsbildung, welche sich bei Einsatztemperaturen ab ca. 1.200° C in einer Erhöhung der Porosität äußern kann: Si + Me SiMe Diese Reaktionen führen zu einer Schwächung des SiC-Werkstoffgefüges, folglich ist dessen Einsetzbarkeit in Kontakt mit o.g. metallischen Elementen bei hohen Temperaturen nicht möglich. Aus diesem Grunde wurden bisher auch im Stand der Technik für die Wärmebehandlung von Metallen in Wärmebehandlungsöfen keine Tragrollen aus SiC eingesetzt.
Die Beschichtung von SiC-Tragrollen mit Oxiden ist jedoch aus einem anderen Anwendungsgebiet, nämlich auf der Wärmebehandlung von oxidischen Keramiken (Silikat- und Oxidkeramiken) bekannt. Dabei wird vorgeschlagen, zur Vermeidung von Anklebungen bei Hochtemperaturanwendungen für oxidische Werkstoffe, eine Suspension auf dem SiC-Tragkörper aufzubringen. Die Zusammensetzungen der Suspensionen (Engoben) ist überwiegend auf Al₂O₃-Basis und wird bevorzugt auf Platten aus rekristallisiertem SiC aufgebracht, welche als Unterlage für Brenngut im Porzellanglattbrand bei Temperaturen um 1.400° C dienen. Die Verfestigung der Engobenschicht wird durch einen Brand im Bereich der Einsatztemperatur erreicht, die Haftung zu dem SiC-Untergrund beruht auf Verzahnungen mit der offenporösen Oberfläche der RSiC. Im Gegensatz dazu haften Engobenschichten auf dichten SiC-Oberflächen, wie sie bei SSiC oder SiSiC vorliegen grundsätzlich schlechter, da die notwendige mechanische Verzahnung der Engobe mit dem SiC ausbleibt.
Es ist auch bekannt, für diese Anwendungen thermisch gespritzte Beschichtungen aufzubringen. Diese zeichnen sich zu engobierten Beschichtungen durch höhere Eigenfestigkeiten, insbesondere Verschleißfestigkeiten, aus. In der G 91 10 703.2 wird die Anwendung einer von plasmaversprühtem Al₂O₃-Schicht auf SiC-Rollen oder SiC-Unterlagplatten für den Hochtemperaturbrand (1.400° C) von Hartprozellan beschrieben.
Die auf dem SiC aufgebrachte Al₂O₃-Schicht hat in diesem Anwendungsfall die Funktion einer Trennschicht, um die in Temperaturbereichen von 1.200 bis 1.300° C häufig auftretende Anklebung zwischen Rolle und Platte zu unterbinden. Eine ähnliche Funktion haben die in der
DE 31 26 062 A1 beschriebenen Plasmabeschichtungen auf ZrO₂-CaO oder Al₂O₃-MgO Basis, die auf keramische Tragrollen gespritzt werden und somit in Rollenherdöfen Anklebungen zwischen glasiertem Brenngut und Tragrolle zu unterbinden. In der G 93 07 308.9 werden Tragrollen aus hochreinem Sinterquarz und aluminiumoxidhaltiger Keramik mittels thermischer Spritzverfahren Haftschichten aus Si, Cr, Ni oder deren Mischungen und darauf folgende Funktionsschicht aus MgAl₂O4, 3Al₂O₃, 2SiO₂, Al₂TiO₅, ZrO₂, Y₂O₃, TiO₂, BaO, MgO, SnO₂ bzw. den Oxiden der seltenen Erden beschrieben. Hier liegt die Funktion der Oxidschichten darin, Anbackungen und Haftungsreaktionen zwischen den Rollen und dem Brenngut während des Transportes im Ofen zu unterbinden.
Den beschriebenen Beschichtungen von keramischen Tragkörpern ist allen gemeinsam, daß verklebende und somit benetzende silicatische Glasphasenbildungen zwischen Brenngut und Tragkörper vermieden werden sollen. Diese wird bei der Verwendung von SiC-Keramiken durch dessen oberflächige Oxidation zu SiO₂ im oxidierenden Hochtemperatureinsatz bewirkt, bei gesintertem Quarzgut oder aluminiumoxidhaltigen Transportrollen ist der glasphasenbildende SiO₂-Anteil in deren Zusammensetzung von vornherein eingebaut. Derartig beschichtete Rollen finden jedoch ausschließlich in der Temperaturbehandlung von oxidischen Werkstoffen, sprich Silikat- und Oxidkeramiken, oxidische Funktionskeramiken und Glas ihre Anwendung.
Überraschenderweise hat es sich nun gezeigt, daß SiC-Tragkörper mit einer thermisch gespritzten Korrosionsschutzschicht auch zur Wärmebehandlung von Metallen in Wärmebehandlungsöfen bei Temperaturen > 1000° C eingesetzt werden können. Die Tragkörper zeigten dabei selbst in Temperaturbereichen oberhalb 1.300° C eine ausgezeichnete Beständigkeit. Das zu behandelnde Metall ging in keinem Fall eine Reaktion mit dem SiC-Tragkörper ein. Aufgrund der vorstehend geschilderten aus dem Stand der Technik bekannten stofflichen Nachteile, nämlich dem Reaktionsvermögen des SiC mit in den Legierungen enthaltenen Metallen, war es nicht zu erwarten, daß ausschließlich durch die thermisch gespritzte Schutzschicht diese SiC-Tragkörper gegenüber den bekannten metallischen bzw. oxidkeramischen derart überlegene Eigenschaften aufweisen.
Die erfindungsgemäßen Korrosionsschutzschichten dienen somit zur chemischen Bindung und/oder Diffusionsbehinderung der in den Schichtaufbau eindiffundierenden Metallionen und/oder zur Abweisung bzw. Verlangsamung einer Penetration von metallischen (Teil-) Schmelzen in den Schichtaufbau.
Die verschiedenen Zusammensetzungen der Korrosionsschutzschichten charakterisieren deren unterschiedlichen Einzelfunktionen. Diese Einzelfunktionen können sich durch entsprechende gradierte bzw. stufige Mischzusammensetzungen untereinander ergänzen, wobei die Gesamtdicke der Korrosionsschutzschicht(en) 300 µm nicht überschreiten. Bevorzugt beträgt die Dicke 200 µm.
Charakteristisch für die Zusammensetzung der Korrosionsschutzschicht ist einerseits, daß diese in reduzierter bzw. Schutzgasatmosphäre oder Vakuum eine geringe Benetzbarkeit von metallischen Schmelzphasen aufweisen. Dies wird durch Korrosionsschutzschichtzusammensetzungen erreicht, die anteilig oder vollständig aus Spinellen der allgemeinen Formel AB₂O₄, anteilig oder vollständig aus Chromoxiden, insbesondere Cr₂O₃ Aluminiumoxid, Titanoxid oder Zirkoniumoxid oder aus deren Mischungen bestehen. Beispiele für A sind zweiwertige Metalle aus der Gruppe Mg, Fe, Zn, Mn, Co, Ni, Cu oder Cd und für B die Metalle Al, Fe, V, Cr oder Ti. Besonders bevorzugt sind Mg/Al-Spinelle.
Andererseits ist für die Zusammensetzung der Korrosionsschutzschicht charakteristisch, daß diese bei etwaigen Kontaktreaktionen mit dem Metallgut teilweise Mischkristallbildungen und/oder Neuphasenbildungen eingehen, die wiederum Schmelzphasenneubildungen im Schichtverbund weitgehend unterbinden oder aber ohne Verbindungsbildung eine Diffusionsbehinderung der Metallionen in Richtung der SiC-Oberflächen bewirken. Dies wird besonders durch Korrosionsschutzschichtzusammensetzungen erreicht, die anteilig oder vollständig aus Al₂O₃, anteilig/vollständig aus Spinellen, bevorzugt Mg-Al-Spinelle, anteilig oder vollständig aus Al₂TiO₅, anteilig oder vollständig aus Titanoxiden, insbesondere TiO₂ sowie anteilig oder vollständig aus teil- bzw. vollstabilisiertem ZrO₂ bestehen. Bei den Zusammensetzungen auf ZrO₂-Basis geht das ZrO₂ typischerweise mit z.B. Fe-Ionen keine Verbindungsbildung ein, sondern stellt eine weitestgehend inerte Korrosionsschutzschicht dar. Schichtaufbauten, welche Festkörperreaktionen mit den eindiffundierenden Metallionen eingehen, können lokal das chemische Potentialgefälle, welche als treibende Kraft für die Diffusion der von außen eindiffundierenden Metallionen verantwortlich ist, erniedrigen. Folglich wird die Diffusionsaktivität der Metallionen in Richtung der SiC-Oberfläche erniedrigt. Die unter den jeweiligen Anwendungsbedingungen und entsprechenden thermodynamischen Gleichgewichtsbedingungen entstehenden Reaktionsprodukte sei an folgenden Beispielen bei einer für Härteprozessen typischen Anwendungstemperatur von 1.250° C illustriert:
  • Ein MgAl₂O₄-Spinell kann durch den substitutiven Einbau von Fe2+/3+ in das Spinellgitter ein Spinellmischkristall in Form von (Fe²⁺, Mg²⁺)(Fe³⁺,Al³⁺)₂O₄ sowie einen MgFe₂O₄-Spinell bilden.
  • Al₂O₃ kann durch Fe2+/3+ ein Spinellmischkristall in Form von Fe²⁺(Fe³⁺,Al³⁺)₂O₄ bilden
  • TiO₂ kann durch mit Fe2+/3+ Verbindungen in Form von FeO·2TiO₂, FeO·TiO₂, 2 FeO·TiO₂ und Fe₂O₃·TiO₂ eingehen
  • im Al₂TiO₅-Kristall können Fe-Ionen die Al-Ionen vollständig substitutiv ersetzen, bilden also eine vollständige Mischkristallreihe.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform (Anspruch 6) schlägt nun vor, zwischen dem SiC-Tragkörper und der Korrosionschutzschicht eine sog. Ausgleichsschicht mit einer Schichtdicke bis 300 µm, bevorzugt 200µm, aufzubringen. Diese Ausgleichsschichten sind derart zusammengesetzt, daß sie eine Angleichung bzw. Kompensation der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten und/oder unterschiedlichen elastischen Konstanten zwischen Korrosionsschutzschichten und SiC-Trägerkörper bewirken. Die linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten der oben beschriebenen Korrosionsschutzschichten z.B. bei Cr₂O₃, Al₂O₃ oder MgAl₂O₄ betragen ca. α20-1.000°C = 7-8 10⁻⁶ 1/K, d.h. sie sind deutlich höher als beim SiC mit α20-1.000°C = 4,5 10⁻⁶ 1/K. Dies führt bei Temperaturwechseln zu thermisch induzierten Spannungen und kann folglich zu insbesonderer radial ausgerichteten Rissen im Schichtaufbau führen. Die Kompensation bzw. Angleichung der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wird erfindungsgemäß dadurch erbracht, daß die Wärmeausdehnungskoeffizienten der Ausgleichsschichten dem des SiC angeglichen werden bzw. unterschritten werden. Dies wird durch eine Zusammensetzung erreicht, die anteilig oder vollständig aus Mullit z.B. 3Al₂O₃·2SiO₂ bzw. Zirkon (ZrO₂·SiO₂) mit linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten von respektive α20-1.000°C = 4,5 10⁻⁶ 1/K bzw. α20-1.000°C = 5.6 10⁻⁶ 1/K bestehen oder anteilig bzw. vollständig aus Verbindungen der Gruppe der Anosovite, Pseudobrookit, Karroit und Tialit besteht. Diese Gruppe von Verbindungen wird u.a. durch die allgemeinen Formeln [(Al, Ti, Fe)₂O₃·TiO₂] und [(Mg, Ti, Fe)O·2TiO₂] beschrieben. Diese Verbindungen sind in Ch. Hahn, Sprechsaal 12, 1985 Heft 12 definiert.
Die Erfindung schließt alle diese Verbingungen ein. Al₂TiO₅ hat z.B. einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von α20-1.000°C∼1,5·10⁻⁶ 1/K. Dabei können die Ausgleichsschichten auf Basis von z.B. 3Al₂O₃·2SiO₂, ZrO₂·SiO₂ oder Al₂TiO₅ gradiert oder stufig aufgebaut sein. So können z.B. 10 Einzelschichten à ca. 20µm mit den Mischungsverhältnissen 3Al₂O₃·2SiO₂ : Cr₂O₃ aus 5:95, 10: 90, 20:80 etc. bis 90:10 übergehen und somit direkt der äußeren Korrosionsschutzschicht angepaßt werden. Darüber hinaus zeichnen sich die Ausgleichsschichten durch bestimmte Riß- bzw. Lamellenstrukturen in ihrem Gefügeaufbau aus. So sind Ausgleichsschichten mit 3Al₂O₃·2SiO₃ und/oder ZrO₂·SiO₂ als Schichtkomponente vorteilhafterweise dadurch charakterisiert, daß diese durch die Anwendung der thermischen Spritztechnik eine paralle zur Grundkörperoberfläche ausgebildete Rißstruktur bzw. Lamellenstruktur ausbilden können. Diese lamellenartig aufgebauten Tangentialrisse innerhalb einer typischerweise ca. 200µm starken Ausgleichsschicht führen zu einem verzögerten oder vollständigen unterbundenem Fortschritt radial ausgerichteter Risse, die wiederum durch thermisch induzierte Spannungen innnerhalb der Korrosionsschutzschichten ihren Ursprung haben. Ausgleichsschichten, die anteilig bzw. vollständig aus Al₂ TiO₅ bestehen, haben aufgrund der ausgeprägt anisotropen Wärmeausdehnungsverhalten des Al₂TiO₅-Einzelkristalls ein typischerweise mit feinsten Mikrorissen durchsetztes Werkstoffgefüge mit einem vergleichsweise geringen Elastizitätsmodul von ca. 1,5 GPA (E-Modul von SiSiC liegt bei ca. 360 GPa). Es ist daher charakteristisch für diese Ausgleichsschichten, daß thermisch oder mechanisch induzierte Spannungen im Schichtaufbau innerhalb der mit Mikrorissen durchsetzten Ausgleichsschicht abgebaut bzw. erniedrigt werden können, das Gefüge gibt den aufgebrachten Spannungen relativ leicht nach. Darüber hinaus ist die Verwendung einer anteilig bzw. vollständig aus Al₂TiO₅ bestehenden Ausgleichsschicht deren bereits oben beschriebenen korrosionshemmende Wirkung.
Das Aufbringen einer Haftschicht ist in erster Linie für dichte SiC-Werkstoffe erforderlich, d.h. Werkstoffe ohne offene Porosität bzw. glatter Oberfläche. Hierzu zählen das gesinterte SSiC und das silicuminfiltrierte SiSiC.
Haftschichten werden in einer Gesamtdicke von max. 50µm , bevorzugt 20 µm, direkt auf die vorab gesäuberte und aufgerauhte, d.h. mit z.B. Korundkörnungen gestrahlte Oberfläche, aufgespritzt.
Die Funktion der Haftschichten ist die, einen fest haftenden Übergang zwischen Ausgleichs- bzw. Korrosionsschutzschicht unter der SiC-Werkstoffoberfläche zu gewährleisten. Dies wird typischerweise durch metallische Haftschichtzusammensetzungen aus Si, Ti, Ni, Cr oder Mischungen bzw. Legierungen dieser Elemente oder auch durch NiCrAlY-, CoCrAlY- oder NiCoCrAlY-Legierungen erreicht. Je nach Haftschichtzusammensetzung kann eine Vakuum- oder Schutzgasatmosphäre die Haftungseigenschaften der Schicht positiv beeinflussen. Vorteihafterweise vermögen metallische Haftschichten darüber hinaus mechanische Spannungen durch ihre Duktilität abzubauen. Die Haftbeschichtung offenporöser SiC-Keramiken wie rekristallisiertes SiC (RSiC) oder nitridisch oder oxynitridisch gebundenes SiC unterstützt auch in diesem Fall eine feste Haftung der Ausgleichsschicht und/oder Korrosionsschutzschicht auf dem SiC Untergrund zu erhalten, obwohl auch ohne Haftschicht eine Haftung durch mechanische Verzahnung gegeben ist.
Wie vorstehend beschrieben ist erfindungsgemäß ein diskreter Schichtaufbau aus Einzelschichten vorgesehen. Es ist aber auch möglich, daß entweder in einzelnen Schichten, z.B. in einer Korrosionsschutzschicht ein gradierter Aufbau vorhanden ist oder daß nur eine Schicht in Form einer sich ändernden Materialzusammensetzung eingesetzt wird. Die Erfindung umfaßt somit alle Schichtvarianten, ausgehend von einer Korrosionsschutzschicht mit einheitlicher Zusammensetzung, einer oder mehrerer Schichten mit gradiertem Aufbau, wie mehrere Schichten mit einheitlichen Zusammensetzungen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Figur und durch Beispiele erläutert.
Figur 1 zeigt schematisch einen Schichtaufbau auf dem SiC-Tragkörper 1. Auf dem Tragkörper 1 ist im Beispielfall eine Haftschicht 2 mit einer Schichtdicke von 20 µm aufgebracht. Die darauf abgeschiedene Ausgleichsschicht 3 weist eine Dicke von 200 µm auf. Im Beispiel nach Figur 1 sind nun 2 Korrosionsschutzschichten 4, 5 vorgesehen, die jeweils eine Dicke von 50 µm aufweisen. Die Schichtzusammensetzungen können nun so gewählt werden, daß die einzelnen Schichten ausschließlich Materialien des jeweiligen Schichttypes beinhalten oder aber ein gradierter Aufbau besitzen. In diesem Fall ändert sich die Zusammensetzung in einer Schicht.
In den folgenden Beispielen sollen die durch thermische Spritzverfahren auf SiC-Trägerkörper aufgebrachte Mehrfachbeschichtungen illustriert werden. Als Beschichtungsverfahren wurde eine robotorunterstützte Plasmaspritzapparatur verwendet, mit der die oxidischen Schichten stets an Luftatmosphäre aufgebracht wurden, die metallischen Haftschichten wurden z.T. mit Schutzgasspülung oder in einer Vakuumplasmaspritzanlage auf die vorab gestrahlte SiC-Oberflächen aufgespritzt. Die Charakterisierung der Schichtaufbauten erfolgte
  • a. nach einem Glühbrand bei 1350°C/5h an Luftatmosphäre, um ein Spannungsausgleich im Schichtverbund zu bewirken. Mangelhafte Haftungen der Schichtverbunde auf dem SiC-Untergrund zeigen sich nach dieser oxidativen Temperaturbehandlung unmittelbar durch lokale Abplatzungen.
  • b. nach Thermoschockversuchen, d.h. 10 Abkühlung von 1000°C auf Raumtemperatur durch radiales Anblasen mit Preßluftdüsen (2 bar Überdruck)
  • c. nach jeweils 10 Korrosionsversuchen im Vakuum bei 1300°C/5h, wobei die beschichteten SiC-Tragkörper im direkten Kontakt mit härtbaren Edelstahllegierungen (z.B. Fe-W-Mo-V-C) standen. Im Vergleich wurden unbeschichtete SiC-Tragkörper parallel untersucht. Begleitend wurden Röntgenbeugungsuntersuchungen zur Analyse evtl. neugebildeter Mineralphasen durchgeführt.
    • Beispiel Nr. I: Grundkörper: rekristallisiertes SiC (RSiC)
    Haftschicht:
    - keine -
    1. Ausgleichsschicht:
    ca. 50µm 50 % 3Al₂O₃·2SiO₂, 50% Al₂O₃
    2. Ausgleichsschicht:
    ca. 50µm 3Al₂O₃·2SiO₂ 75% Al₂O₃
    Korrosionsschutzschicht:
    ca. 100µm MgO·Al₂O₃
    Beispiel Nr. II: Grundkörper: rekristallisiertes SiC (RSiC)
    Haftschicht:
    ca. 20µm Ti
    1. Ausgleichsschicht:
    ca. 40µm ZrO₂·SiO₂
    2. Ausgleichsschicht:
    ca. 40µm ZrO₂·SiO₂/Al₂O₃ (25%/75%)
    Korrosionsschutzschicht:
    ca. 100µm Al₂O₃
    Die beschriebenen Schichtaufbauten lassen sich mit einer in Vakuumplasmaspritzverfahren aufgebrachten Ti-Haftschicht sowie auch ohne jegliche Haftschicht auf den offenporösen SiC-Träger aufbringen. Die zweifach aufgebrachten Ausgleichschichten haben in Beispiel I. und II. gemeinsam, daß sie in sich eine deutlich ausgeprägte Lamellenstruktur mit gleichmäig verteilten Tangentialrissen ausgebildet haben. Radialrisse, die sich nach Thermoschock in der Korrosionsschutzschicht ausbilden können, laufen in den Tangentialrissen der Ausgleichsschicht aus, so daß die SiC-Grundkörperoberfläche nicht freigelegt wird.
    Radialrisse treten dabei bevorzugt bei Korrosionsschutzschichten oberhalb 100µm auf. Korrosionstests zeigen im Beispiel I. keine Mineralphasenneubildung. Lichtmikroskopisch konnte eine Einfärbung der Spinellschicht im Kontaktbereich festgestellt werden. Die Schichtkombination in Beispiel II. zeigt eine teilweise Neuphasenbildung in der Korrosionsschutzschicht von Al₂O₃ zu FeO Al₂O₃ (Hercynit), verbunden mit einer oberflächennahen Verdichtung der Schicht zur geschlossenen Porosität.
    Beispiel III: Grundkörper: nitridgebundenes SiC
    Haftschicht:
    ca. 20µm CrNi
    Ausgleichsschicht:
    ca. 200µm Al₂ TiO₅
    Korrosionsschutzschicht:
    gradierter Übergang von 100% Al₂O₃ zu 100% ZrO₂ über Gesamtdicke von ca. 70µm, Gradierung durch Zusammensetzungswechsel nach jeder Spritzpassage
    Beispiel Nr. IV: Grundkörper: nitridgebundenes SiC
    Haftschicht:
    ca. 20µm NiCrAlY
    Ausgleichschicht:
    ca. 200µm Al₂TiO₅
    1. Korrosionsschutzschicht:
    ca. 35µm 25% ZrO₂ 75% Al₂O₃
    2. Korrosionsschutzschicht:
    ca. 35µm 75% ZrO₂ 25% Al₂O₃
    Die Haftschichten der Beispiele III und IV werden unter Argonspülung. d.h. O₂-Ausschluß aufgespritzt. Die Schichtaufbauten zeichnen sich durch eine 10%ige bzw. 75% ige ZrO₂-Korrosionsschutzschicht aus. Bedingt durch den relativ hohen Unterschied der thermischen Wärmeausdehnungskoeffizienten von ZrO₂ zu SiC mit 12 x 10⁻⁶ 1/k und 4,5 10⁻⁶ 1/k (20-1000°C) läßt sich eine stärkere Radialrißausbildung nach den Auslagerungs- bzw. Thermoschockversuchen durch eine max. Korrosionsschutzdicke von 70µm reduzieren. Al₂TiO₅-Ausgleichsschichten erweisen sich insbesondere bei diesen Beispielen als vorteilhaft. Der Radialrißfortschritt kann mit einer Ausgleichsschichtdicke ab 200µm effektiv unterbunden werden. Die Ausbildung von Tangentialrissen konnte durch den gradierten Schichtaufbau im Vergleich zu Zweischichtenaufbau deutlich verringert werden. Analog dem Beispiel II. verbindet sich das Al₂O₃ der Korrosionsschutzschichten bei Kontakt mit dem Stahl zu Hercynit, wobei der gradierte Schichtaufbau einen vergleichsweise geringeren Hercynitanteil bildet. Beispiel Nr. V: Grundkörper: siliciuminfiltriertes SiC (SiSiC)
    Haftschicht:
    ca. 20µm Si
    Ausgleichsschicht:
    ca. 150µm Al₂·TiO₅
    1. Korrosionsschutzschicht:
    ca. 50µm 25% MgO·Al₂O₃ 75% 0,87Al₂O₃ O,13TiO₂
    2. Korrosionsschutzschicht:
    ca. 100µm MgO·Al₂O₃
    Beispiel Nr. VI: Grundkörper: siliciuminfiltriertes SiC (SiSiC)
    Haftschicht:
    ca. 20µm Si
    Ausgleichsschicht:
    ca. 150µm 50% (Al, Ti, Fe)₂O₃·2TiO₂ 50% (Mg, Ti, Fe)O·2TiO₂
    1. Korrosionsschutzschicht:
    ca. 50µm 25% Cr₂O₃ 75% 0,97 Al₂O₃ 0,03TiO₂
    2. Korrosionsschutzschicht:
    ca. 50µm 75% Cr₂O₃ 25% 0,97 Al₂O₃ 0,03TiO₂
    Die Si-Haftschichten wurden atmosphärisch an Luft auf die SiSiC-Oberflächen aufgepritzt. Die erste Korrosionsschutzschichtlagen sind anteilig mit einer TiO₂-haltigen Al₂O₃-Mischungen gespritzt worden, welche sich durch ein porenarmes Gefüge auszeichnen. Die Korrosionsschutzschichten zeigen in Beispiel V. eine höhere Anfälligkeit gegenüber Thermoschock als in Beispiel VI., generell verhindert die Anosovitschicht einen Rißfortschritt auf die SiC-Oberfläche. Neuphasenbildungen nach den Korrosionstests konnten in Beispiel VI. durch Hercynitbildung festgestellt werden, in Beispiel V. konnte eine dunkle Einfärbung der Spinellphase beobachtet werden. Beispiel Nr. VII: Grundkörper: gesintertes SiC (SSiC)
    Haftschicht:
    ca. 20µm Si
    Ausgleichsschicht:
    ca. 100µm (Al, Ti, Fe)₂O₃·TiO₂
    Korrosionsschutzschicht:
    ca. 50µm Cr₂O₃
    Beispiel Nr. VIII: Grundkörper: gesintertes SiC (SSiC)
    Haftschicht:
    ca. 20µm Si
    Ausgleichsschicht:
    ca. 250µ (Mg, Ti, Fe)O·2TiO₂
    Korrosionsschutzschicht:
    ca. 50µm ZrO₂
    Die Beispiele VII. und VIII. veranschaulichen einen Dreischichtaufbau. Analog Beispiel V. und VI. wurden die Si-Haftschichten atmosphärisch an Luftatmosphäre aufgebracht. Durch die Erhöhung der Ausgleichsschichtdicke auf des Anosovites auf ca. 250µm konnte eine etwa 70µm dicke ZrO₂-Schicht direkt aufgespritzt werden. Radialrißausbildungen nach Auslagerung bzw. Thermoschock könnten mit diesem Schichtdickenverhältnis eingeschränkt werden. Evtl. Risse werden an der Anosovitschicht am weiteren Fortschritt gehindert. Korrosionsversuche zeigten eine dunkle Verfärbung der ZrO₂-Schutzschicht, eine Neuphasenbildung konnte nicht nachgewiesen werden. Die Cr₂O₃-Schutzschichtvariante zeigte ebenfalls keinerlei Neuphasenbildungen. Ein von der Cr₂O₃-Schicht ausgehender Rißfortschritt nach der Auslagerung bzw. nach den Thermoschockversuchen konnte ab einer Ausgleichschichtdicke von etwa 100µm bereits verhindert werden.

    Claims (12)

    1. Tragkörper in Form von Rollen, Balken, Platten, Positionierstützen oder dergleichen als Ausrüstungsteil in Wärmebehandlungsöfen zur Wärmebehandlung von Metallen,
      dadurch gekennzeichnet, daß der Tragkörper zumindest im Kontaktbereich aus SiC besteht, wobei auf dem SiC eine thermisch gespritzte Korrosionsschutzschicht mit einer Dicke von 1 bis 300 µm aufgebracht ist.
    2. Tragkörper nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem SiC-Tragkörper und der Korrosionsschutzschicht eine thermisch gespritzte Ausgleichsschicht mit einer Dicke von 1 bis 300 µm mit einem linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten α20-1000°C < 6 x 10⁻⁶ 1/K aufgebracht ist.
    3. Tragkörper nach Anspruch 1 oder 2,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Materialien der Korrosionsschutzschicht ausgewählt sind aus Spinellen der allgemeinen Formel I AB₂0₄ worin A ein zweiwertiges Metall aus der Gruppe Mg, Fe, Zn, Mn, Co, Ni, Cu oder Cd und
      B ein drei- oder vierwertiges Metall aus der Gruppe Al, Fe, V, Cr oder Ti ist
      und/oder Chromoxide
      und/oder Aluminiumoxide
      und/oder Titanoxide
      und/oder Zirkoniumoxid.
    4. Tragkörper nach Anspruch 3,
      dadurch gekennzeichnet, daß A Magnesium und B Aluminium ist.
    5. Tragkörper nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Korrosionsschutzschicht aus 2 bis 20 Einzelschichten mit gleicher und/oder unterschiedlicher Materialzusammensetzung aufgebaut ist.
    6. Tragkörper nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Materialien der Ausgleichsschicht ausgewählt sind aus der Gruppe Anosovite, Pseudobrookit, Karrooit, Tialit oder eine Mischung davon und/oder Zirkoniumsilicat und/oder Mullit.
    7. Tragkörper nach Anspruch 6,
      dadurch gekennzeichnet, daß das Material Tialit (Al₂TiO₅) ist.
    8. Tragkörper nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsschicht aus 2 bis 20 Einzelschichten mit gleicher und/oder unterschiedlicher Material-Zusammensetzung aufgebaut ist.
    9. Tragkörper nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8,
      dadurch gekennzeichnet, zwischen der Ausgleichsschicht und dem SiC-Tragkörper eine thermisch gespritzte Haftschicht mit einer Schichtdicke von 1 bis 50 µm aufgebracht ist.
    10. Tragkörper nach Anspruch 9,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Haftschicht ausgewählt ist aus Si, Ti, Ni, Cr oder Mischungen bzw. Legierungen und/oder NiCrAlY und/oder CoCrAlY und/oder NiCoCrAlY-Legierungen.
    11. Tragkörper nach mindestens einem der Ansprüche 1-10,
      dadurch gekennzeichnet, daß eine thermisch gespritzte Schicht auf den SiC-Tragkörper mit einer Dicke von 2 - 600 µm aufgebracht ist, deren Materialzusammensetzung sich, ausgedehnt von der SiC-Oberfläche, von den Stoffen der Ausgleichsschicht zu den Materialien der Korrosionsschutzschicht kontinuierlich ändert.
    12. Verfahren zur Wärmebehandlung von Metallen in Wärmebehandlungsöfen,
      dadurch gekennzeichnet, daß ein SiC-Tragkörper nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11 eingesetzt wird.
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