EP0725159B1

EP0725159B1 - Beschichtungsverfahren

Info

Publication number: EP0725159B1
Application number: EP96100605A
Authority: EP
Inventors: Wilhelm Dr. Funk
Original assignee: Maschinenfabrik Rieter AG
Current assignee: Maschinenfabrik Rieter AG
Priority date: 1995-01-31
Filing date: 1996-01-17
Publication date: 1999-12-01
Anticipated expiration: 2016-01-17
Also published as: CN1133898A; US5897947A; JPH08239747A; TW383233B; CA2168450A1; CN1177077C; DE59603741D1; EP0725159A1; KR960028982A

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf das Beschichten von Gegenständen (z.B. Bauteile) und auf Gegenstände mit entsprechenden Beschichtungen. Die Erfindung ist insbesondere aber nicht ausschliesslich zur Anwendung in der Beschichtung von fadenführenden Elementen konzipiert, insbesondere von Elementen zum Führen von Fäden, die synthetische Fasern oder Filamente aufweisen (z.B. Streckrollen für Chemiefaseranlagen). Durch das Beschichten nach dieser Erfindung können verschiedene Wirkungen erzielt werden, aber die Erfindung ist besonders interessant in der Herstellung von Elementen, die an freistehenden Oberflächen eine katalytische Wirkung aufweisen, um die Zersetzung von Ablagerungen an diesen Flächen zu erzielen. Dadurch kann eine selbstreinigende Wirkung herbeigeführt werden. Die Zersetzung kann durch die Einwirkung von Sauerstoff aus der Luft erfolgen. Natürlich kann es auch eine katalytische Wirkung im allgemeinen Sinn sein, z.B. zur besseren Verbrennung von Abgasen oder zur Katalyse von chemischen Prozessen aller Art.

Stand der Technik

Aus US-A-3080134 ist es bekannt, einen Bauteil mit einer harten Keramikbeschichtung zu versehen, welche eine vorbestimmte Oberflächengüte aufweist, und zwar sowohl bezüglich der Mikrostruktur der Oberfläche (mit abgerundeten eher als scharfkantigen Hervorhebungen) als auch des daraus entstehenden Rauheitsgrades. Aus US-A-3902234 ist es bekannt, eine Streckrolle zur Verwendung beim Spinnen von synthetischen Garnen vorerst mit einer Beschichtung nach US-A-3080134 zu versehen und anschliessend zwischen den Hervorhebungen metallisches Platin oder metallisches Palladium abzulagern. Diese Metalle sollten als Katalysatoren wirken, um die Zersetzung von Ablagerungen auf der Oberfläche der Streckrolle durch die Einwirkung von Sauerstoff aus der Luft zu fördern, d.h. um ein langsam vor sich gehendes "Verbrennen" solcher Ablagerungen (bei Temperaturen unterhalb der Schmelztemperatur des synthetischen Materials) zu erzielen.

Das Konzept einer derartigen Katalysatorbeschichtung ist ausgezeichnet. Die Erstellung einer solchen Beschichtung nach dem im US-A-3902234 vorgeschlagenen Verfahren ist allerdings mit einigen Nachteile verbunden. Das Metall soll sich nach einer chemischen Reaktion in einer Lösung als Partikel zwischen den Hervorhebungen ablagern. Das Verfahren muss in mehreren Schritten durchgeführt werden, da die Reaktionskomponenten einzeln auf das Werkstück aufgetragen werden müssen, wonach das Stück geheizt werden muss, um die Reaktion zu bewirken. Da das Ablagern nicht selektiv durchgeführt werden kann, bildet sich eine Schicht des Katalysators sowohl zwischen als auch auf den Hervorhebungen. Es entsteht dabei generell nur eine sehr lose Verbindung zwischen dem Metall und der Keramikschicht, so dass der äusserliche Teil der Metallschicht leicht abgebürstet werden kann, was die gewünschten Katalysatorablagerungen zwischen den Hervorhebungen freilässt, allerdings bei Verlust des entfernten Katalysatormaterials. Auch wenn letzteres Material eventuell wiederverwendet werden kann, wird das Verfahren dadurch gesamthaft weiter verkompliziert. Es kommt dazu, dass die Partikel sehr fein sein müssen, um zwischen den Hervorhebungen liegen zu können - solche feine Partikel können lungengängig sein, was besonders gefährlich sein wird, wenn die Partikel nadelförmig sind. Weiter, Platin erfordert sowieso eine spezielle Behandlung, weil für Platinverbindungen extrem tiefe MAK-Werte gelten (MAK = Maximale Arbeitsplatz-Konzentration).

Es ist aus US-A-3266477 bekannt, Kochgeräte mit einer Katalysatorschicht zu versehen, so dass sie "sich selber reinigen". Dabei kann man mit relativ hohen Betriebstemperaturen rechnen (200 bis 260°C) und die Katalysatorschicht ist offensichtlich als ununterbrochene Beschichtung der geschützten Fläche vorgesehen, obwohl die Möglichkeit einer Unterbrechung erwähnt ist (Spalte 5, Zeile 32). Es sind verschiedene Katalysatoren vorgesehen, wovon einige sich durch Plasmaspritzen anbringen lassen (Spalte 2, Zeile 30). Die Edelmetalle, obwohl auch als Katalysatoren in US-A-3266477 erwähnt, sind scheinbar nicht zum Spritzen vorgesehen.

Es ist auch bekannt, dass z.B. Platin gespritzt werden kann, wie aus der Abhandlung "Plasmaspritztechnik - Grundlagen und Anwendungen" der Firma Plasma Technik AG, 5607 Hägglingen, Schweiz zu entnehmen ist. Die Herstellung von Platin-Katalysatoren mittels Spritzen ist aber zumindest ungewöhnlich, es ist z.B. nicht in Römpp's Chemie Lexikon von der Verlagshandlung Keller, Stuttgart, Deutschland (Auflage 8, 1987, Seite 3256) in diesem Zusammenhang erwähnt worden. Bekannt ist das Aufbringen von Platinschutzschichten mittels Drahtspritzen, d.h. das Platin wird in Form von Drähten zugeführt (US-A-3,136,658 und US-A-3,125,539). In US-A-3,125,539 wird eine Zufuhr in Form von Pulver erwähnt (Spalte 3, Zeile 16). Die Herstellung von Schutzschichten aus der Platin-Familie ist nicht Ziel dieser Erfindung.

Die folgenden Möglichkeiten sind ebenfalls nach dem Stand der Technik bekannt:

EP-A-423063: eine Schutzschicht wird aus einer metallischen Matrix gebildet, in die als Hartstoffe karbidische und oxidische Keramik-Partikel eingelagert sind. Oxidische Partikel können während des Beschichtungsprozesses nach einem sogenannten Hochgeschwindigkeitsflammspritzverfahren erzeugt werden.
EP-A-54165: Druckwalze mit einem komplexen Schichtaufbau, wovon eine (innere) Schicht aus TiO₂ mit 3 % Platin im Plasmaspritzverfahren aufgebracht wird. Platin als Zusatz zur Erzielung von elektrischer Leitfähigkeit.
GB-A-2130250: Herstellung einer Lagerlegierung (z.B. aus Al/Pb), wobei die Schichten durch ein Plasmaspritzverfahren aufgebaut werden und der Anteil einer Komponente allmählich zunimmt.
EP-A-223104: Anbringen einer Schutzschicht aus Aluminiumsilikat. Dazu kann das Plasmaspritzverfahren verwendet werden.
DE-A-3721008: In einer Lagerlegierung ähnlich der Legierung nach GB-A-2130250 werden Hartstoffteile dem Plasmastrahl zugeführt.
US-A-3279939: Eine Schicht mit hohem Verschleisswiderstand bei hohen Einsatztemperaturen (z.B. über 537,8° C) kann mittels eines Spritzverfahrens gebildet werden.
EP-A-592310: Eine Schicht mit niedrigem Reibungskoeffizient kann mittels eines thermischen Spritzverfahrens gebildet werden.
EP-A-401611: Korrosions- u. Verschleiss-Schutzschicht aus Hochtemperatur-Verbund-Werkstoffen, die durch Auftragsschweiss- oder thermische Spritzverfahren gebildet werden können. Platin ist als Beimischung erwähnt zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit u. Stabilisierung der Karbide.
US-A-3020182: Bildung von Keramik/Metall Verbindungen durch thermisches Spritzen.
GB-A-2188251: Diese Schrift betrifft die Herstellung eines Katalysators mittels Plasmaspray auf ein Substrat, um das Substrat mit einem katalytischen Material für die entsprechende Reaktion zu besprayen. Das katalytische Material beinhaltet vorzugsweise Nickeloxyd (NiO) und Nickelaluminiumoxyd (NiAl₂O₄) und das Substrat ist vorzugsweise keramisch oder metallisch, beispielsweise eine Aluminiumlegierung.
US-A-4,396,473: Diese Schrift betrifft die Beschichtung einer porösen Oberfläche mit einem wieder entfernbaren Metall und einem katalytischen Metall. Dabei wird das wieder entfernbare Metall vorzugsweise mittels einer sauren oder basischen Flüssigkeit chemisch wieder entfernt. Die beiden Metalle werden mittels zweier unterschiedlicher Drähte, welche mit einem Funkenbogen geschmolzen werden, mit einem Luftstrahl gegen die poröse Oberfläche gespritzt. Nach dem Weglösen der auflösbaren Metallschicht bleibt nur die katalytische Metallschicht auf der porösen Oberfläche.
GB-A-1288326: Diese Schrift betrifft eine Verbrennungskammerbeschichtung in einer Druckzündmaschine, wobei diese Beschichtung eine Molybdänschicht mit einem darauf beschichteten katalytischen Auftrag aus Aluminium-Silikat mit vorgegebenem Verhältnis und vorgegebener Korngrösse betrifft. Dabei wird die zweite Schicht mittels Plasmaspray auf die erste, mittels Flammspritzen aufgebrachte Schicht, aufgebaut.
US-A-3,274,007: Diese Schrift betrifft eine ,,selbstheilende", hitzebeständige Beschichtung für das Plasmaspritzen, im wesentlichen bestehend aus einer schwer schmelzbaren Oxydtrockenmischung mit Silikon von vorgegebenem Verhältnis von 20-40% Silikon in der Mischung. Die Mischung wir trocken gemischt, wobei das Silikon eine tiefere Schmelztemperatur als das schwer schmelzbare Oxyd aufweist, so dass das Silikon die Poren schliesst, wenn das schwer schmelzbare Oxyd mittels Plasma aufgetragen wird und dabei diese Poren bildet, welche durch das Silikon geschlossen werden.
US-A-3,378,391: Diese Schrift betrifft das Aufspritzen von Plastik auf eine Oberfläche mit einer Temperatur, welche genügend hoch ist, um das Plastik zu schmelzen und damit eine Schicht zu bilden auf dem Objekt, jedoch nicht zu hoch, um es nicht zu zerstören. Dabei wird das Plastik in Pulverform in die Spritzpistole geführt und zwar handelt es sich um ein Opoxidharz, welches einen Katalysator in Pulverform mifführt. Das Plastik wird auf das Substrat aufgespritzt und der Katalysator dient als Härter (gewissermassen als zweite Komponente) beim Abkühlen. Vorgängig wurde dieser Katalysator oder Härter ebenfalls zusammen mit dem Plastik verflüssigt.
US-A-4,327,155: Diese Schrift betrifft ein Verfahren um festzustellen, wann eine Oberfläche eines Substrats wieder neu mit einem schützenden, metallischen oder keramischen Belag beschichtet werden soll, nach einer Benutzungszeit, während welcher die Schicht einer Abnützung unterworfen wurde. Dies geschieht, indem der Schutzschicht eine ultraviolettsensitive Phosphorkomponente beigegeben wird, so dass mittels der UV-Strahlung festgestellt werden kann, welche Restsubstanz in der Schicht vorhanden ist, nach der vorerwähnten Benutzungszeit. Dabei wird die Mischung aus Metallpulver und ultraviolettsensitivem Metalloxydphophor in Plasmaform oder Flammspritzverfahren aufgesprayt. Der geschützte Artikel beinhaltet eine innere und äussere Metallschicht und eine dazwischenliegende ultraviolettsensitive Phosphorschicht.
EP-A-0 669 299: Diese Schrift betrifft das Auftragen einer Titanschicht auf Beton, welche Innen durch Stahl verstärkt ist und das Verbinden dieser oberflächlichen Metallschicht mit den Stahlverstärkungen, um eine Korrosion der Stahlverstärkung zu verlangsamen. Dabei betrifft die Erfindung eine Verbesserung dieser Verlangsamung, indem zusätzlich zur Titanbeschichtung die Betonoberfläche noch mit einer Kobaldschicht überdeckt wurde, um das Resultat der hinausgezögerten Oxydation der Armierung zu verbessern.

Die obengenannten Beispiele zeigen, dass die Verwendung von thermischen Spritzverfahren zu verschiedenen Zwecken seit langem bekannt ist.

Die Erfindung

Es ist die Aufgabe dieser Erfindung, ein fadenführendes Element vorzuschlagen, welche das Erzielen der vorteilhaften Wirkungen der Produkte nach US-C-3902234 bei einer Vereinfachung der Herstellung und Verlängerung der Lebensdauer ermöglichen.

Ein fadenführendes Element nach der Erfindung ist an der fadenführenden Oberfläche mit einer Beschichtung mit katalytischer Wirkung versehen, wobei erfindungsgemäss nebst anderen, im Kennzeichen des ersten Anspruches aufgeführten Merkmalen auf einer Fläche des Gegenstandes eine Schicht aus einem Behandlungsmaterial mittels eines thermischen Spritzverfahrens gebildet wird und mit dem Behandlungsmaterial ein Wirkstoff mitgespritzt wird.

Das Behandlungsmaterial kann eine Schutzschicht bilden, die z.B. gegen Verschleiss, Korrosion oder ähnliche Beschädigungen besonders widerstandsfähig ist. Keramikschichten sind zu diesem Zweck besonders gut geeignet.

Der Wirkstoff wird zum Zweck vorgesehen, die Eigenschaften einer freistehenden Oberfläche des behandelten Gegenstandes zu beeinflussen, beispielsweise zur katalytischen Zersetzung von Ablagerungen darauf. Der Wirkstoff oder ein weiterer Wirkstoff könnte aber zum Erzielen anderer Wirkungen vorgesehen werden; z.B.:

1) Zur Beeinflussung der Eigenschaften der Behandlungsschicht selbst, beispielsweise zur Erhöhung ihrer Zähigkeit.

2) Zur Beeinflussung der Eigenschaften einer gemeinsamen Fläche des Gegenstandes und der Behandlungsschicht, beispielsweise zur Verbesserung der Haftfestigkeit der Behandlungsschicht.

Der Wirkstoff kann dementsprechend in allen Lagen oder nur in vorbestimmten Lagen der Behandlungsschicht vorgesehen werden. Die Verwendung des Wirkstoffes in einzelnen ausgewählten Lagen wird vorgezogen, wo der Wirkstoff selbst teuer ist (z.B. Platin) und seine Wirkung nur an einer bestimmten Fläche (z.B. an einer freistehenden Oberfläche) erbringen soll.

Das Spritzverfahren kann mit konventionellen Spritzeinrichtungen durchgeführt werden, z.B. mittels einer Spritzpistole, die innerhalb einer Schutzkabine von einem programmierbaren Roboter einer Werkstückhalterung gegenüber geführt wird. Die Zufuhr an die Spritzeinrichtung wird dabei derart gestaltet bzw. gesteuert, dass zumindest phasenweise während des Spritzens sowohl das Behandlungsmaterial wie auch der Wirkstoff an die Spritzeinrichtung zum Weiterfördern an das Werkstück geliefert wird. Es kann sich dabei um die Lieferung von zwei Materialien jedes für sich oder um die Lieferung eines Gemisches der beiden Materialien handeln. Im letztgenannten Fall sollte darauf geachtet werden, dass die Entmischung (zumindest vor dem Fördern von der Spritzeinrichtung gegen das Werkstück) vermieden wird. Geeignete Massnahmen zu diesem Zweck sind:

Die Bildung einer sogenannten "mechanischen Legierung" der Materialien, die zusammen gespritzt werden sollten.
Die Umhüllung von Partikeln des einen Materials mit je einer Schicht des anderen.
Die Bildung eines Sinterkörpers aus den beiden Materialien, der dann in spritzfähige Partikel zerkleinert wird.

Der Begriff "thermisches Spritzen" umfasst zumindest Plasmaspritzen, Flammspritzen, Hochgeschwindigkeitsflammspritzen (HVOF) und Detonationsbeschichten.

Ein Spritzverfahren erfordert die Zufuhr von spritzfähigem Material in der Form von Partikeln mit einer vorbestimmten Mindest- u. Maximalgrösse. Diese Partikel können vor dem Spritzen ungefähr kugelförmig sein, werden aber beim Auftreffen auf dem Werkstück "plattgedrückt", wobei sie in der sich bildenden Schicht eingebettet sind, bzw. sich mit dieser Schicht verschmelzen. Es entsteht daher eine feste Verbindung jedes neueintreffenden Partikels mit dem schon vorhandenen, schichtbildenden Material. Es ergibt sich somit ein Verbundwerkstoff, der "Inseln" des Wirkstoffes im Substrat des lungsmaterials umfasst.

Die Partikel können vor dem Spritzen eine Grösse von ca. 10 µm aufweisen, solche Partikel sind nicht lungengängig. Die Partikelgrösse beeinflusst die Oberflächengüte. Es können mit einem Spritzverfahren Oberflächen mit Rauheitswerten zwischen Ra 0,1 µm und 10 µm erzeugt werden. Die Verbindungen innerhalb der Schicht sind derart fest, dass das Produkt geschliffen oder gebürstet werden kann.

Die Erfindung sieht weiterhin ein fadenführendes Element, insbesondere ein Bauteil, vor, der mit einer durch thermisches Spritzen gebildeten Beschichtung versehen ist, wobei ein Wirkstoff in der Beschichtung durch Mitspritzen derart eingebettet ist, dass der Wirkstoff an einer freistehenden Oberfläche des Gegenstandes zum Vorschein kommt. Die Beschichtung kann derart ausgebildet werden, dass diskrete Inseln aus einem vorbestimmten Wirkstoff im Substrat der Beschichtung aufgeteilt und darin eingebettet bzw. eingefasst sind.

Der Wirkstoff kann bis ca. 50% des Gesamtgewichtes der Beschichtung darstellen, wobei normalerweise bis zu 10% (insbesondere zwischen 2 % und 10 %) dieses Gewichtes als Wirkstoff zum Erreichen der gewünschten Wirkung ausreichen sollte. Das Substrat kann aus einem Material gebildet werden, das gegenüber Verschleiss widerstandsfähig ist und gleichzeitig das Erzeugen einer vorbestimmten Oberflächengüte ermöglicht, z.B. das Erzielen eines vorbestimmten Rauheitswertes bzw. (in Zusammenarbeit mit einer vorbestimmten Gegenfläche) Reibungskoeffizientes.

Ausführungen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren der Zeichnungen näher erklärt. Es zeigt:

Fig. 1: schematisch eine Einrichtung, die zum Plasmaspritzen nach dieser Erfindung geeignet ist,
Fig. 2: schematisch die Spritzpistole einer Einrichtung nach Fig.1,
Fig. 3: schematisch einen Querschnitt durch einen Gegenstand, der mit einer Beschichtung nach dieser Erfindung versehen ist.

Fig 1. zeigt schematisch im Querschnitt eine Schutzkabine 10, die einen Roboter 12 und einen Werkstückträger 14 umhüllt. Der Roboter 12 ist gemäss einer heute konventionellen Bauart und umfasst ein Antriebssystem (nicht gezeigt), das von einer programmierbaren Steuerung 16 gesteuert werden kann. Die Steuerung 16 ist in einem Bedienungspult (nicht gezeigt) integriert, der ausserhalb der Kabine 10 vorgesehen ist. Der Antrieb (nicht gezeigt) des Werkstückträgers wird von der gleichen Steuerung 16 gesteuert. Im abgebildeten Fall trägt der Halter 14 ein zylindrisches Werkstück 18, das vom Antrieb des Halters 14 mit einer vorgegebenen Drehzahl um die Achse 20 gedreht werden kann. Gleichzeitig kann der Roboter 12 gesteuert werden, um einen Greifer 22 hin und her in axialen Richtungen gegenüber dem Werkstück 18 zu bewegen.

Der Greifer 22 trägt eine Spritzpistole 24, wovon die Mundpartie nachfolgend anhand der Figur 2 näher beschrieben wird. Die Pistole 24 ist mit zwei Pulverinjektoren 26,28 versehen, die je über eine flexible Leitung 30,32 mit einem jeweiligen Spritzpulverspeicher 34,36 verbunden sind. Eine Transportgaszufuhr (nicht gezeigt) ist mit jedem Speicher 34,36 verbunden, so dass wenn die Gaszufuhr aktiviert ist, Pulver aus mindestens einem Speicher 34 bzw. 36 über den jeweiligen Injektor 26,28 geliefert werden kann. Die Transportgaszufuhr ist selektiv vom Bedienungspult aus aktivierbar.

Die Mundpartie der Pistole 24 umfasst ein Rohr 38 mit einem offenen Ende, welches dem Werkstück 18 gegenübersteht. Eine Elektrode 40 ist im Rohr 38 vorgesehen, und es wird in Betrieb ein Lichtbogen (Plasma) 42 erzeugt, welcher bis zum Werkstück 18 reicht und einen Transportweg in Richtung des Werkstückes 18 bildet. In diesen Bogen 42 werden die aus dem Injektor 28 (und/oder 26) austretenden Pulverpartikel 44 eingeführt und sofort in Richtung des Werkstückes 18 mitgerissen und gegen den momentan gegenüberstehenden Oberflächenteil 46 des Werkstückes 18 geschleudert. Die Temperatur des Plasmas ist derart hoch, dass die Pulverpartikel 44 teilweise schmelzen, bevor sie die Oberfläche des Werkstückes 18 erreichen. Dort angelangt, werden sie aber platt auf den Oberflächenteil 46 gedrückt, wobei sie ihre Wärme an das Werkstück 18 abgeben und sofort erstarren. Dadurch verbinden sie sich mit dem Material, auf das sie auftreffen. Es bildet sich somit vorerst eine dünne Lage (auch "Lamelle" genannt, nicht gezeigt) und durch Wiederholung der Lagenbildung eine Schicht 50 (Fig. 3) des gespritzten Materials an der Oberfläche des Werkstückes 18. Die Dicke der Lamelle hängt u.a. von der Pulverzufuhrgeschwindigkeit und Menge und von der linearen Geschwindigkeit der Pistole 24 in der axialen Richtung des Werkstückes 18 ab. Wenn jede Lage gleich gebildet wird, hängt die Dicke der Schicht 50 von der Anzahl Wiederholungen der Lagenbildung ab. Weitere Einzelheiten der Spritztechnik sind aus der vorerwähnten Abhandlung der Firma Plasma Technik AG, bzw. aus der allgemeinen Literatur, zu entnehmen.

Es ist das Ziel dieser Erfindung, durch die gesteuerte Zufuhr von mehr als einem Spritzmaterial die Eigenschaften der Schicht 50 zu beeinflussen. Figur 3 zeigt schematisch ein Beispiel der Strukturen, die durch diese Erfindung ermöglicht werden. Der grösste Teil der Schichtdicke wird in diesem Fall aus einem Substratmaterial 52 gebildet, wobei während der Bildung einzelner Lagen ein zweites Material (ein Wirkstoff) mitgespritzt wird, und bildet diskrete "Inseln" 54, die im Substrat 52 eingebettet oder eingefasst sind.

Im dargestellten Beispiel wird der Wirkstoff nur während der Bildung der letzten Lagen dem Lichtbogen zugeführt, so dass mindestens einzelne Inseln 54 an der freistehenden Oberfläche 56 der Schicht 50 erscheinen. Das System könnte derart eingestellt werden, dass praktisch alle Inseln 54 mindestens teilweise an der Oberfläche 56 erscheinen, was besonders dann interessant wird, wenn der Wirkstoff zum Erzielen einer bestimmte Wirkung an der Oberfläche 56 vorgesehen ist.

Es wird aber klar sein, dass der oder ein Wirkstoff, an anderen Stellen im Gebilde vorgesehen werden könnte, z.B. in den ersten Lagen (beispielsweise um eine Wirkung an der Oberfläche 46 zu erzielen) oder durch die ganze Schicht 50 hindurch oder in anderen ausgewählten Lagen. Die folgenden Beispiele sollten diese Gedanken näher darstellen, wobei vorausgesetzt wird, dass in allen Beispielen ein Substrat aus einer Keramik (z.B. Al₂O₃ und/oder TiO₂) als verschleisswiderstehendes Material verwendet wird:

1) die Inseln 54 werden aus Platin nach Fig. 3 nur in den letzten Lagen gebildet, sie erzeugen an der Oberfläche 56 eine katalytische Wirkung, die schon in US-A-3902234 beschrieben wurde und hier nicht wiederholt wird. Andere mögliche Werkstoffe in dieser Kategorie sind die anderen Metalle aus der Platinfamilie, also Ruthenium, Rhodium, Palladium, Osmium, Iridium sowie deren Legierungen.

2) Inseln 54 werden aus Haftvermittlern wie Nickel-Aluminium oder Nickel-Chrom in den ersten Lagen (an der Oberfläche 46) gebildet, sie verbessern die Haftfähigkeit der Schicht 50 an dem Werkstück 18.

3) Inseln 54 werden aus einer Ni/Cr-Legierung gebildet und über die ganze Dicke der Schicht 50 verteilt, wobei sie die Zähigkeit der Schicht erhöhen. Andere mögliche Wirkstoffe in dieser Kategorie sind Eisen, Molybdän, Aluminium und Legierungen dieser Metalle oder CERMETS oder relativ duktile Oxidkeramik.

Die Wirkung eines "Wirkstoffes" kann von der Umgebung beeinflusst werden, z.B. unter anderem von der Temperatur und Betriebsklima, z.B. der Luftzusammensetzung bzw. Luftumwälzung. Das Bauteil kann daher zum Einbau in einem Aggregat gebildet werden, welche eine geeignete "Umgebung" gewährleistet bzw. ermöglicht, z.B. eine Heizvorrichtung enthält (um eine vorbestimmte bzw. eine Minimaltemperatur aufrechtzuerhalten) oder eine Absaugung bzw. Zufuhr umfasst (z.B. um Dämpfe abzuführen oder Frischluft bzw. Gase zuzuführen). Das Bauteil wird auf jeden Fall normalerweise zum Montieren in einem vorbestimmten Aggregat geeignet sein, er könnte z.B. als Stab gebildet werden, der mittels einer Halterung in einen Flüssigkeit(sstrom) eingetaucht wird, um als Katalysator für vorbestimmte chemische Reaktionen in dieser Flüssigkeit zu dienen. Das bekannte Problem des "Vergiftens" muss natürlich bei der Auswahl des Wirkstoffes berücksichtigt werden.

Wo der Katalysator eine "selbstreinigende" Wirkung erzielen soll, kann er zum Oxidieren von Ablagerungen vorgesehen werden. In diesem Fall ist es natürlich wichtig, dass auch Sauerstoff in Wechselwirkung sowohl mit dem Katalysator als auch mit dem zu oxidierenden Material steht. Zur Erfüllung dieser Anforderung kann es wichtig sein, den Wirkstoff möglichst gleichmässig über die zu schützende Fläche zu verteilen, so dass die Wirkstoffinseln nicht alle zugedeckt werden können. Ein Spritzverfahren, bei geeigneter Auswahl der Partikelgrösse und Gleichmässigkeit der Auftragung, kommt der Erfüllung dieser Verteilungsaufgabe entgegen.

Die Erfindung ist nicht auf die Verwendung einer Keramik als Behandlungmaterial eingeschränkt. Jedes spritzfähige Material könnte das Substrat bilden. Die keramischen Materialien sind aber zu diesem Zweck wegen ihres Verschleisswiderstandes besonders interessant.

Eine hohe Abriebfestigkeit ist in Zusammenhang mit fadenführenden Elementen von besonderer Bedeutung, mag aber in anderen Fällen weniger wichtig sein. Die Erfindung könnte z.B. im Zusammenhang mit der Herstellung von selbstreinigenden Wänden für Backherde verwendet werden - vgl. z.B. US-A-3266477 - wo die katalytische Wirkung ebenfalls wichtig, die Abriebfestigkeit (im Vergleich z.B. mit einer Streckrolle) sehr niedrig sein kann.

Die Auswahl des Wirkstoffes zur Erzielung einer katalytischen Wirkung muss auch im Hinblick auf den Endgebrauch getroffen werden. Sehr viele Materialen sind dazu geeignet, in einer geeigneten Umwelt als Katalysatoren zu wirken, sogar Metalloxide (Al₂0₃, TiO₂), die ebenfalls gegen Verschleiss widerstandsfähig sind. Die Auswahl ist daher keinesfalls auf die Edelmetalle eingeschränkt.

Die gleichzeitige Lieferung sowohl des Substratmaterials wie auch des Wirkstoffes kann dadurch erfolgen, dass der Speicher 34 (Fig. 1) mit dem Substratpulver und der Speicher 36 mit dem Wirkstoffpulver gefüllt werden und das Transportgas beiden Speichern 34,36 zugeführt wird. Dies wird aber zu Problemen führen, wo die Menge des Wirkstoffes nur einen Bruchteil der Menge des Substratmaterials beträgt. Im letzteren Fall kann aber ein Pulvergemisch vergemisch mit den vorbestimmten Anteilen der beiden Komponenten und in einen Speicher 34 oder 36 eingefüllt werden. Wo der Wirkstoff nur in einzelnen Lagen erscheinen sollte, kann die Transportgaszufuhr zum geeigneten Zeitpunkt dem entsprechenden Speicher zu- bzw. abgeschaltet werden, wobei ein anderes Spritzpulver im anderen Speicher vorgesehen werden kann.

Die Erfindung soll nun noch näher anhand des folgenden Beispieles erläutert werden. Das Werkstück 18 ist die Galette (d.h. der fadenführende Teil) eines Streckrollenaggragates zur Verwendung beim Spinnen von Endlosfilamenten aus synthetischen Polymeren. Ausführungen solcher Aggregate sind gezeigt, z.B. in EP-A-454618 und in unserer schweizerischen Patentanmeldung Nr. 925/94 vom 28. März 1994 (PCT/CH94/00104). Die Galette selbst ist aus Stahl gebildet und ihre äussere, zylindrische Oberfläche (worüber in Betrieb die Filamente laufen) ist zum Aufnehmen einer Schutzschicht 50 (Fig. 3) nach den bekannten Massnahmen der Spritztechnik vorbereitet. Mittels einer Einrichtung nach Fig. 1 wird eine Schicht 50 mit Al₂O₃ als Substrat mit einer Gesamtdicke von z.B. 150 µm aufgebaut. In den letzten Lagen, die zusammen eine Schichtdicke von ca 10 bis 20 µm ausmachen, wird dem Substratmaterial ca. 10% nach Gewicht von Platin zugefügt, so dass das Platin an der Oberfläche 56 (Fig. 3) erscheint. Die Galette ist somit selbstreinigend nach dem Prinzip, das in US-A-3902234 erklärt wurde.

Die Bindung des Wirkstoffes (des Platins) mit der Keramik ist derart fest, dass die beschichtete Galette anschliessend geschliffen werden kann, um eine vorbestimmte Oberflächengüte zu erzeugen, ohne dabei einen wesentlichen Verlust an Platin in der Oberfläche 56 in Kauf nehmen zu müssen.

Claims

Ein fadenführendes Element, welches an der fadenführenden Oberfläche mit einer Beschichtung (50) mit katalytischer Wirkung versehen ist,
dadurch gekennzeichnet,

dass die Beschichtung (50) durch thermisches Spritzen eines Substrates (52) (auch Behandlungsmaterial genannt) gebildet wird, wobei die katalytische Wirkung durch in vorgegebener Weise, mind. eines mit dem Substrat (52) mitgespritzten Wirkstoffes (54) in der Beschichtung gebildet wird,

dass der Wirkstoff mind. teilweise derart im Substrat eingeschmolzen ist, dass diskrete Inseln (54) aus dem vorbestimmten Wirkstoff im Substrat der Beschichtung aufgeteilt und darin eingebettet bzw. eingefasst sind,

um je nach Art und Weise des mitgespritzten Wirkstoffes

eine katalytische Zersetzung von Ablagerungen oder

eine Erhöhung der Zähigkeit des Substrates oder

eine Verbesserung der Haftfestigkeit des Substrates zu erhalten.
Element gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Inseln (54) zur Erzeugung einer katalytischen Wirkung aus Platin gebildet werden und in den letzten Lagen an der Oberfläche vorhanden sind, um die Zersetzung von Ablagerungen an solchen Flächen zu erzielen.
Element gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Inseln (54) aus Haftmitteln wie Nickel-Aluminium oder Nickel-Chrom in den ersten Lagen an der Oberfläche (46) gebildet sind, um die Haftfähigkeit der Schicht (50) am Werkstück (18) zu verbessern.
Element gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Inseln (54) aus einer Nickel-Chromlegierung gebildet und über die ganze Dicke der Schicht (50) verteilt sind, um dadurch die Zähigkeit der Schicht zu erhöhen, wobei andere Werkstoffe in dieser Kategorie wie Eisen, Molybdän, Aluminium und Legierungen dieser Metalle oder CERMETS oder relativ duktile Oxydkeramik verwendbar sind.
Element gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (52) aus einem keramischen Material gebildet wird.
Element gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (52) aus einem Material gebildet wird, welches gegenüber Verschleiss widerstandsfähig ist und gleichzeitig das Erzeugen einer vorbestimmten Oberflächengüte ermöglicht, wobei die Verbindungen innerhalb der Schicht derart fest sind, dass die Oberfläche geschliffen oder gebürstet werden kann.
Element gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wirkstoff bis ca. 50% des Gesamtgewichtes der Beschichtung darstellt, wobei normalerweise bis zu 10%, vorzugsweise zwischen 2 und 10% des Gewichtes zum Erreichen der gewünschten Wirkung vorhanden ist.
Element gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Substratschicht eine Schichtdicke von ca. 150 µm und das der Wirkstoff an der äusseren Schicht innerhalb von 10 bis 20 µm vorhanden ist.