EP2057107A1 - Schlichte zur herstellung einer bn-haltigen beschichtung, verfahren zu deren herstellung, beschichteter körper, dessen herstellung und dessen verwendung - Google Patents

Schlichte zur herstellung einer bn-haltigen beschichtung, verfahren zu deren herstellung, beschichteter körper, dessen herstellung und dessen verwendung

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EP2057107A1
EP2057107A1 EP07801637A EP07801637A EP2057107A1 EP 2057107 A1 EP2057107 A1 EP 2057107A1 EP 07801637 A EP07801637 A EP 07801637A EP 07801637 A EP07801637 A EP 07801637A EP 2057107 A1 EP2057107 A1 EP 2057107A1
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EP
European Patent Office
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sizing
weight
size
coated body
coating
Prior art date
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EP07801637A
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French (fr)
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Martin Engler
Krishna Uibel
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ESK Ceramics GmbH and Co KG
Original Assignee
ESK Ceramics GmbH and Co KG
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Publication date
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    • 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
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    • Y10T442/20—Coated or impregnated woven, knit, or nonwoven fabric which is not [a] associated with another preformed layer or fiber layer or, [b] with respect to woven and knit, characterized, respectively, by a particular or differential weave or knit, wherein the coating or impregnation is neither a foamed material nor a free metal or alloy layer

Definitions

  • the present invention relates to a hydrous sizing agent for producing a BN-containing coating on a substrate, a process for producing such a sizing, a coated body of a substrate and a coating applied thereon, which has been prepared from the sizing, and the use of the coated body, for example in the form of casting tables, runners and holding containers, in the field of foundry applications, in particular light metal casting applications.
  • the work equipment and apparatus used in foundries are typically provided with a coating to keep these equipment and devices resistant to highly corrosive metal melts, such as aluminum melts, at temperatures in the range of 600 to 950 0 C to protect.
  • a coating for the preparation of such coatings usually based on BN slurries in water, optionally with inorganic or organic binders are used.
  • the binders used are, for example, alumina, bentonite, phosphates and silica.
  • these sizes have the disadvantage that only powdery layers or layers of low layer thickness can be applied without cracking and that the layers tend to flake off and therefore have only a limited service life.
  • a further disadvantage is that coatings produced from these sizes are not or only limitedly resistant to abrasion in the cold state, so that it is easy to damage the coatings, for example when cleaning with metallic objects such as pliers and iron bars. If the coating is not abrasion-resistant and scratch-resistant, it is easily destroyed.
  • DE 101 27 494 B4 describes a high-temperature-stable inorganic layer produced from a ceramic offset of boron nitride, at least one of ceramic Nanoparticles, inorganic binder system and at least one solvent, such as water.
  • EP 1 386 983 B1 describes a ceramic coating produced from a mixture of boron nitride, at least one inorganic binder having an average particle size in the nanometer range and at least one solvent and / or water by applying the mixture to a metallic or ceramic surface and baking the mixture ,
  • DE 103 26 769 B3 describes permanent BN mold release layers for the die casting of non-ferrous metals and also sizing agents for their production, wherein refractory nanoscale binders are used as binding phase for boron nitride.
  • suspensions of SiO 2 -based sol-gel binder and BN powder are applied to metal or inorganic non-metal surfaces and the resulting coatings dried and thermally densified.
  • the binder system transforms into a glassy matrix, which gives the resulting ceramic layer mechanical stability.
  • BN hardcoats and release coatings are not applicable to metal foundry applications because these layers require careful surface preparation and high film layup uniformity, which is not feasible under foundry conditions. Ebeso also uneven substrates must be coated in foundries, which is also not possible with the known from the aforementioned patents sizing. With the sizes according to these patents, just as with the foundry shades usually used in foundries, only layers of limited layer thickness can be applied without defects, dried and baked. These layers continue to have only a limited lifespan and are only limited abrasion and scratch resistance even when cold.
  • the invention is therefore based on the object of providing a BN-containing size, with which thick coatings having a long service life can be produced free of cracks, the coatings not being used for the removal of tend to crack and their susceptibility to cracking, especially when used in foundry applications, lower and their abrasion resistance in the cold state is higher than in the known from the prior art coatings for foundry applications.
  • a size for producing a BN-containing coating on a substrate according to claim 1 a method for producing such a size according to claim 20, a coated body comprising a substrate with a coating applied thereto according to claim 21 , a method for producing such a coated body according to claim 25 and the use of a coated body according to claim 29.
  • Advantageous or particularly expedient embodiments of the subject of the application are specified in the subclaims.
  • the coatings prepared from the sizes according to the invention are flexible for a long time at the usual application temperatures, which property is referred to herein as "hot flexibility".
  • hot flexibility can not be observed in the coatings known from the prior art.
  • the formation of cracks in the coatings due to different expansion coefficients between substrate and coating material can be prevented or any cracks that have occurred can be healed again, so that the coatings according to the invention have a self-healing property.
  • the coatings produced according to the invention in use also have a significantly lower tendency to chip off, so that coatings with a significantly longer service life can be achieved.
  • the coatings can also be heated quickly from room temperature to the usual application temperatures of 600 to 950 0 C.
  • the coatings produced according to the invention are abrasion-resistant even when cold, which is the case with layers which are obtained from conventional foundries. is not the case. This reduces the risk of damage to the coatings when cleaning with tools, and the equipment and devices provided with such a coating are reusable without repair for a long time.
  • thick layers can be produced free of cracks with the sizes according to the invention, the possible layer thickness being significantly higher than in the case of the coatings known in the prior art.
  • the production of thick layers also makes it possible to fill and close any cracks and asperities in the substrate.
  • defects in the equipment and tools can be filled without causing cracks during subsequent drying.
  • cracks which have formed can be sealed with the sizes according to the invention.
  • Another advantage of such thick layers is their longer lifetime, since their wear, even with abrasive wear, a higher layer thickness is available.
  • the sizes according to the invention can also be applied to unclean substrates without expensive surface pretreatment, which is not possible with sizes according to the patent specifications mentioned above.
  • An additional surprising advantage of the present invention produced coatings is that Vietnameseoxi- datlonsbe running substrates, such as metal or graphite, can be effectively protected against corrosion by a decomposition of the nen enthalte- is water-insoluble boron compound at temperatures from 600 0 C. Such a decomposition of the water-insoluble boron compound obviously proceeds via the consumption of oxygen, so that oxygen can not reach the surface of the substrate during the decomposition of the boron-containing compound in the coating.
  • FIG. 1 is a graph of an abrasion test in which the abrasion resistance of a coating of a size according to the invention according to Example 3 was compared with commercially available coatings. Detailed description of the invention
  • the invention thus provides a water-containing size for producing a BN-containing coating on a substrate, comprising, based on the solids content of the size, a) 45-90% by weight BN, b) 3-25% by weight boehmite Nanoparticles, c) 0.5-5% by weight of at least one borate, d) 2-30% by weight of at least one water-insoluble boron compound other than components a) and c), e) 2-30% by weight. -% of an organic compound, wherein the solids content of the size is 15-60 wt .-%.
  • Water or alcohols such as ethanol, or water / alcohol mixtures can be used as the solvent or dispersion medium for the water-containing sizes according to the invention.
  • ethanol e.g., ethanol
  • water / alcohol mixtures e.g., water / alcohol mixtures
  • the solids content of the size is preferably 20-40% by weight, more preferably 25-35% by weight.
  • the BN content is preferably 45-85 wt.%, More preferably 45-75 wt.%
  • the content of boehmite nanoparticles is preferably 5-20 wt.%, More preferably 10-18 Wt .-%
  • the content of borate preferably 1 -4 wt .-%, more preferably 1 - 3 wt .-%
  • the content of the water-insoluble boron compound preferably 5-25 wt .-%, more preferably 5-20 wt. %
  • the content of an organic compound is preferably 3-20% by weight, more preferably 3-15% by weight.
  • the size according to the invention comprises at least one of the following components: f) up to 2% by weight, preferably up to 1% by weight, more preferably up to 0.5% by weight % Boric acid, g) up to 15% by weight, preferably 0.5-10% by weight, most preferably 1 -8% by weight of at least one hard material selected from oxides, carbides and nitrides, h) up to 15% by weight, preferably 0.5-10% by weight, more preferably 1-8% by weight of at least one metal powder.
  • the BN of component a) is preferably used as BN powder having an average particle size of 1 to 30 ⁇ m, more preferably 2 to 15 ⁇ m. It is also possible to use BN agglomerates having a mean agglomerate size of 20-100 ⁇ m, preferably 20-50 ⁇ m. Likewise, mixtures of both forms are possible.
  • the BN used may further contain up to 10% by weight of various impurities and additives. In particular, mention may be made of boric acid, boron trioxide, carbon, alkali or alkaline earth borates. However, it is preferred that as pure, washed out BN with a purity of at least 98%, preferably 99%, is used.
  • the boehmite nanoparticles used in the size according to the invention preferably have an average particle size of 1-100 nm, more preferably 1-40 nm and particularly preferably 2-20 nm.
  • Commercially available boehmite powder can be used, for example as described by Sasol in US Pat Qualities Disperal or Dispal sold, preferably one with the product name Disperal P2 is used.
  • the borate c) is preferably selected from the group consisting of lithium borate, potassium borate, sodium borate, calcium borate and borax, with particular preference being given to borax.
  • the borate may also be present as a production-related impurity in the BN powder.
  • the water-insoluble boron compound d) is preferably selected from the group consisting of boron carbide (B 4 C), metal borides and elemental boron. These boron compounds are oxidized during normal use of the sizings with atmospheric oxygen to boron oxide, in particular boron carbide is preferred. Examples of suitable metal borides are TiB 2 , ZrB 2 and CaB 6 .
  • Suitable organic compounds e) are compounds which form a liquid or viscous phase when the sizes are used as intended and burn out at relatively high temperatures, leaving behind pores.
  • Such organic compounds are preferably selected from synthetic polymers, such as thermoplastics, natural polymers, such as celluloses and cellulose derivatives, waxes, oils and polyphosphate esters group are selected. It is likewise possible to use water-based paints in the form of a suspension or emulsion having a fine dispersion distribution, preferably with a particle size or drop size of ⁇ 50 ⁇ m. Preference is given to low-melting compounds and non-water-soluble compounds. Water-soluble compounds should not crystallize out. Particularly preferred as the organic compound, a polyvinyl butyral (PVB) is used.
  • PVB polyvinyl butyral
  • the optionally contained hard materials g) are preferably selected from the group consisting of Al 2 O 3 , ZrO 2 , TiO 2 and SiC. These additional hard materials increase the abrasion resistance in the cold state of the coatings produced from the sizes. Although TiO 2 has the lowest hardness among the latter substances, it is particularly suitable when using the size under oxidizing conditions.
  • the optionally contained metal powder h) is preferably added when the sizes according to the invention are provided for coating metallic substrates.
  • the metal powders are selected from the group of metals Al, Mg, Si, Zr, Sn, Zn, mixtures or alloys thereof, which are capable of dissolving iron from metallic substrates.
  • mixed crystals or intermetallic phases are formed at the interface between substrate and coating.
  • the oxidation products of these phases form a protective film, thereby improving the oxidation resistance of the substrate.
  • the metal powder h) from the group of light metals having a melting point below 800 0 C, more preferably selected from Al, Mg, their mixtures and alloys.
  • the invention likewise provides a process for preparing a water-containing size according to the invention, comprising the steps of i) producing a boehmite sol in an aqueous medium, ii) adding the remaining constituents with simultaneous homogenization to obtain the size.
  • boehmite powder qualities with particle sizes in the nanometer range can be used to produce the boehmite sol, while for example, the above-mentioned, commercially available boehmite Sasol.
  • the boehmite powder are in an aqueous medium, preferably water, stirred, which was further preferably preheated, preferably Alternatively, to temperatures above 80 0 C.
  • the preparation of a boehmite can sols about Alkoxidrouten according to Yoldas process or on the use of aluminum salts and addition a base done. After homogenization, the dispersion is usually peptized by acid addition and converted to a sol.
  • solids concentrations in the sol of up to 20% by weight of boehmite, preferably 5-12% by weight, can be adjusted.
  • the boehmite sol prepared as above serves as a dispersing medium into which the remaining constituents of the size are introduced by portioned addition of the powder components with simultaneous homogenization.
  • the homogenization can be carried out by means of customary stirring devices, such as a blade stirrer.
  • the remaining components are added in the order of 1) water-soluble ingredients, 2) fine powders, and 3) coarse powders.
  • the homogenization can be carried out in a ball mill, in an attritor, with an Ultraturrax or with the aid of other dispersing or grinding aggregates.
  • the invention furthermore relates to a coated body comprising a substrate with a coating applied thereto, the coating having been produced from a size according to the invention.
  • the substrate may be a metallic, ceramic or other inorganic (e.g., graphite) substrate.
  • the substrate can be in the form of any shaped article or shaped article, a film, a fabric or a fiber.
  • the coating provided according to the invention preferably has a thickness of 5-2,000 ⁇ m, more preferably 15-1,000 ⁇ m, particularly preferably 30-500 ⁇ m, these layer thicknesses in each case being to be understood as average layer thicknesses.
  • the achievement of defect-free coatings of this thickness has hitherto not been possible in the prior art, in particular on metallic or dense substrates. On the contrary, the layer thicknesses applied defect-free according to the prior art are usually 20-150 ⁇ m.
  • the invention also provides a process for producing a coated body as described above comprising the steps
  • the application of the size can be carried out at room temperature or at substrate temperatures up to 300 ° C.
  • the substrate can be pretreated with a primer.
  • the drying of the still wet coating can be effected at room temperature, but preferably at temperatures of 80- 100 0 C.
  • the firing according to step 3) can be carried out in situ when using the coated body in a foundry application, the heat being supplied either by contact with molten metals or hot moldings or by radiation and / or convection.
  • the input can burn well in advance in a separate process step at temperatures of 180-800 0 C take place, preferably at temperatures of 470 ° C or higher, in particular 500 0 C or above.
  • the function and mode of action of the individual components of the size according to the invention in the formation of coatings can be explained as follows.
  • the coatings obtainable according to the invention are hot-flexible and self-healing. This can be explained by the fact that there is always a liquid or viscous phase is when passing through the entire temperature range of from room temperature to the tem- temperature of about 750 0 C in the sizing or the coating is available, which ensures that no cracks or that any cracks that may occur are closed again.
  • a body coated according to the invention is particularly suitable in the field of foundry applications, in particular light-metal foundry applications.
  • the coated body is a casting table, a runner or a container for keeping or transporting molten metal.
  • the sizes according to the invention can furthermore be used in an inverse coating process.
  • a coating is applied to a sand mold using a sizing according to the invention.
  • a metal casting preferably a metal having a melting point> 1200 0 C, wherein the sand mold is then removed.
  • a metallic object for example a ladle, can be obtained, which is already provided with a coating baked in situ according to the invention.
  • Example 1 illustrates the invention.
  • sol from example 1 or example 2 having a solids content of boehmite of 7.1% by weight (corresponding to a content of 8.3 g of hydrated boehmite powder Disperal P2 or corresponding to 6 g of resulting Al 2 O 3 content) is used as dispersing medium submitted.
  • the powdery components of the suspension are homogenized in the sol using an Ultraturrax.
  • Ig boric acid, Ig borax, 4g boron carbide with an average particle size of 1 ⁇ m, 30 g boron nitride with an average particle size of 4 ⁇ m and 3.3 g of polyvinyl butyral are added in portions while the dispersing unit is running.
  • Abrasion test (Taber abraser investigations) on coating according to the invention and comparative coatings
  • flat-ground disks of hot-work steel 1.2343 (X38CrMoV5-l) were used as substrate.
  • the BN suspensions (inventive size according to Example 3, commercially available sizing with aluminum oxide binder, Typl and Type 2, and with magnesium silicate binder) were applied by spraying, dried at 90 0 C for half an hour and at 750 0 C half Hour branded.
  • the coated panels were cooled to room temperature and tested in a Taber Abraser test, 3N, Friction Rolls AT20D 1 -CS1 1 OF.
  • the friction rollers AT20D1 - CS - 10F were cleaned before each test.
  • the result of the investigations is shown in Fig. 1.
  • the BN size with the lowest removal rates in the test is the size of Example 3 according to the invention. After 100 revolutions, almost the complete originally 50 to 90 .mu.m thick coating has already been removed in the comparative sizes, whereas in the case of the size of Example 3 according to the invention the coating is removed only very slowly and even after 500 revolutions still more than 40 microns thick coating is obtained.
  • a GT value of 0 corresponds to the best detectable adhesive strength.
  • the coating according to the invention according to Example 3 has reached the best value.
  • Table 2 summarizes the GT values that can be determined.

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Abstract

Die betrifft eine wasserhaltige Schlichte zur Herstellung einer BN-haltigen Beschichtung auf einem Substrat, umfassend, bezogen auf den Feststoffgehalt der Schlichte, a) 45-90 Gew.-% BN, b) 3-25 Gew.-% Böhmit-Nanoteilchen, c) 0,5-5 Gew.-% mindestens eines Borats, d) 2-30 Gew.-% mindestens einer wasserunlöslichen, von den Komponenten a) und c) verschiedenen Borverbindung, e) 2-30 Gew.-% einer organischen Verbindung, wobei der Feststoffgehalt der Schlichte 15-60 Gew.-% beträgt. Die erfindungsgemäße Schlichte eignet sich zur Herstellung von selbstheilenden und heißflexiblen Beschichtungen mit ausgezeichneter Eignung für Gießereianwendungen.

Description

Schlichte zur Herstellung einer BN-haltigen Beschichtung, Verfahren zu deren Herstellung, beschichteter Körper, dessen Herstellung und dessen
Verwendung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine wasserhaltige Schlichte zur Herstellung einer BN-haltigen Beschichtung auf einem Substrat, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Schlichte, einen beschichteten Körper aus einem Substrat und einer darauf aufgebrachten Beschichtung, die aus der Schlichte hergestellt worden ist, sowie die Verwendung des beschichteten Körpers, beispielsweise in Gestalt von Gießtischen, Gießrinnen und Warmhaltebehältern, auf dem Gebiet der Gießereianwendungen, insbesondere Leichtmetallgießereianwendungen.
Stand der Technik
Die in Gießereien verwendeten Arbeitsgerätschaften und Vorrichtungen, wie Gießtische, Gießrinnen und Behälter zum Warmhalten und Transportieren von Metallschmelzen, sind in der Regel mit einer Beschichtung versehen, um diese Gerätschaften und Vorrichtungen gegenüber den stark korrosiv wirkenden Metallschmelzen, wie Aluminiumschmelzen, bei Temperaturen im Bereich von 600 bis 9500C zu schützen. Zur Herstellung solcher Beschichtungen werden üblicherweise Schlichten auf Basis von BN-Aufschlämmungen in Wasser, gegebenenfalls mit anorganischen oder organischen Bindern eingesetzt. Als Binder werden beispielsweise Aluminiumoxid, Bentonit, Phosphate und Silica- te verwendet. Diese Schlichten haben jedoch den Nachteil, dass mit ihnen nur pulvrige Schichten bzw. Schichten von geringer Schichtdicke rissfrei aufgebracht werden können und dass die Schichten zum Abplatzen neigen und daher nur eine begrenzte Lebensdauer haben. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass aus diesen Schlichten hergestellte Beschichtungen im kalten Zustand nicht oder nur beschränkt abriebfest sind, so dass es leicht zu Beschädigungen der Beschichtungen kommen kann, beispielsweise beim Reinigen mittels metallischer Gegenstände wie Zangen und Eisenstangen. Ist die Beschichtung nicht abrieb- und kratzfest, wird sie hierbei leicht zerstört.
Andererseits sind BN-haltige Hartbeschichtungen und Trennmittelschichten ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt. So beschreibt die DE 101 27 494 B4 eine hochtemperaturstabile anorganische Schicht, hergestellt aus einem keramischen Versatz von Bornitrid, mindestens einem aus keramischen Nanoteilchen bestehenden, anorganischen Bindersystem und mindestens einem Lösungsmittel, beispielsweise Wasser.
Die EP 1 386 983 B l beschreibt eine keramische Beschichtung, hergestellt aus einer Mischung aus Bornitrid, mindestens einem anorganischen Bindemittel einer mittleren Teilchengröße im Nanometerbereich und mindestens einem Lösungsmittel und /oder Wasser durch Auftragen der Mischung auf eine metallische oder keramische Oberfläche und Einbrennen der Mischung.
Die DE 103 26 769 B3 beschreibt dauerhafte BN-Formtrennschichten für das Druckgießen von Nichteisenmetallen sowie Schlichten zu deren Herstellung, wobei refraktäre nanoskalige Bindemittel als Bindephase für Bornitrid eingesetzt werden. Insbesondere werden Suspensionen aus Siθ2-basiertem Sol-Gel- Binder und BN-Pulver auf Metall- oder anorganische Nichtmetalloberflächen aufgebracht und die so erhaltenen Beschichtungen getrocknet und thermisch verdichtet. Bei Temperaturen über 500°C wandelt sich das Bindersystem in eine glasartige Matrix um, die der dabei entstehenden keramischen Schicht mechanische Stabilität verleiht.
Die vorgenannten BN-Hartbeschichtungen und Trennmittelschichten sind jedoch für Metallgießereianwendungen nicht einsetzbar, da diese Schichten eine sorgfältige Oberflächenvorbehandlung und eine hohe Gleichmäßigkeit bei der Schichtaufbringung erfordern, was unter den Bedingungen in Gießereien nicht umsetzbar ist. Ebeso müssen in Gießereien auch unebene Untergründe beschichtet werden, was mit den aus den vorgenannten Patentschriften bekannten Schlichten ebenfalls nicht möglich ist. Mit den Schlichten gemäß diesen Patentschriften können ebenso wie bereits mit den üblicherweise in Gießereien eingesetzten Gießereischlichten nur Schichten von begrenzter Schichtdicke defektfrei aufgebracht, getrocknet und eingebrannt werden. Die- se Schichten weisen weiterhin nur eine begrenzte Lebensdauer auf und sind auch im kalten Zustand nur beschränkt abrieb- und kratzfest.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine BN-haltige Schlichte zur Verfügung zu stellen, mit der dicke Beschichtungen hoher Lebensdauer rissfrei hergestellt werden können, wobei die Beschichtungen nicht zum Ab- platzen neigen und deren Rissanfälligkeit, insbesondere im Einsatz bei Gießereianwendungen, geringer und deren Abrasionsbeständigkeit im kalten Zustand höher ist als bei den aus dem Stand der Technik bekannten Be- schichtungen für Gießereianwendungen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die oben genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Schlichte zur Herstellung einer BN-haltigen Beschichtung auf einem Substrat gemäß Anspruch 1 , ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Schlichte gemäß Anspruch 20, einen beschichteten Körper, umfassend ein Substrat mit einer darauf aufgebrachten Beschichtung gemäß Anspruch 21 , ein Verfahren zur Herstellung eines solchen beschichteten Körpers gemäß Anspruch 25 sowie die Verwendung eines beschichteten Körpers gemäß Anspruch 29. Vorteilhafte bzw. besonders zweckmäßige Ausgestaltungen des Anmeldungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen angegeben.
Gemäß der Erfindung hat sich in überraschender Weise gezeigt, dass die aus den erfindungsgemäßen Schlichten hergestellten Beschichtungen bei den üb- liehen Anwendungstemperaturen über längere Zeit flexibel sind, welche Eigenschaft hierin als "Heißflexibilität" bezeichnet wird. Eine solche Heißflexibilität kann bei den aus dem Stand der Technik bekannten Beschichtungen nicht beobachtet werden. Dadurch kann die Entstehung von Rissen in den Beschichtungen aufgrund von unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten zwischen Substrat- und Beschichtungsmaterial verhindert werden oder eventuell aufgetretene Risse werden wieder geheilt, so dass den erfindungsgemäßen Beschichtungen eine Selbstheilungseigenschaft zukommt. Dadurch haben die erfindungsgemäß hergestellten Beschichtungen im Einsatz auch eine deutlich geringere Neigung zum Abplatzen, so dass Beschichtungen mit einer deutlich längeren Lebensdauer erzielt werden.
Durch diese Flexibilität über die gesamte Anwendungstemperatur können die Beschichtungen auch schnell von Raumtemperatur bis auf die üblichen Anwendungstemperaturen von 600 bis 9500C aufgeheizt werden.
Ferner sind die erfindungsgemäß hergestellten Beschichtungen auch im kalten Zustand abriebfest, was bei Schichten, die aus herkömmlichen Gießerei- schlichten hergestellt werden, nicht der Fall ist. Dies reduziert die Gefahr der Beschädigung der Beschichtungen beim Reinigen mit Werkzeugen, und die mit einer solchen Beschichtung versehenen Gerätschaften und Vorrichtungen sind ohne Reparatur über längere Zeit wiederverwendbar.
Weiterhin können mit den erfindungsgemäßen Schlichten dicke Schichten rissfrei hergestellt werden, wobei die mögliche Schichtdicke deutlich höher ist als bei den im Stand der Technik bekannten Beschichtungen. Die Herstellung dicker Schichten ermöglicht es auch, im Susbtrat eventuell vorhandene Risse und Oberflächenunebenheiten zu füllen und zu schließen. Ferner können durch die hohen erzielbaren Schichtdicken Defekte in den Gerätschaften und Werkzeugen gefüllt werden, ohne dass bei der anschließenden Trocknung Risse entstehen. Zudem können gegebenenfalls entstandene Risse mit den erfindungsgemäßen Schlichten versiegelt werden. Ein weiterer Vorteil solcher di- cken Schichten ist deren längere Lebenszeit, da für deren Abnutzung, auch bei abrasivem Verschleiß, eine höhere Schichtdicke zur Verfügung steht.
Zudem können die erfindungsgemäßen Schlichten auch auf unsaubere Untergründe ohne aufwendige Oberflächenvorbehandlung appliziert werden, was mit Schlichten gemäß den eingangs genannten Patentschriften nicht möglich ist.
Ein zusätzlicher überraschender Vorteil der erfindungsgemäß herstellbaren Beschichtungen besteht darin, dass durch eine Zersetzung der darin enthalte- nen, wasserunlöslichen Borverbindung bei Temperaturen ab 6000C nichtoxi- datlonsbeständige Substrate, wie beispielsweise Metall oder Graphit, effektiv vor Korrosion geschützt werden. Eine solche Zersetzung der wasserunlöslichen Borverbindung verläuft offensichtlich über den Verbrauch von Sauerstoff, so dass Sauerstoff während der Zersetzung der borhaltigen Verbin- düng in der Beschichtung nicht an die Susbtratoberfläche gelangen kann.
Kurze Beschreibung der beigefügten Zeichnung
Die Abbildung 1 ist ein Diagramm aus einem Abrasionstest, bei dem die Ab- rasionsbeständigkeit einer Beschichtung aus einer erfindungsgemäßen Schlichte gemäß Beispiel 3 mit handelsüblichen Beschichtungen verglichen wurde. Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Gegenstand der Erfindung ist somit eine wasserhaltige Schlichte zur Herstellung einer BN-haltigen Beschichtung auf einem Substrat, umfassend, bezogen auf den Feststoffgehalt der Schlichte, a) 45-90 Gew.-% BN, b) 3-25 Gew.-% Böhmit-Nanoteilchen, c) 0,5-5 Gew.-% mindestens eines Borats, d) 2-30 Gew.-% mindestens einer wasserunlöslichen, von den Komponen- ten a) und c) verschiedenen Borverbindung, e) 2-30 Gew.-% einer organischen Verbindung, wobei der Feststoffgehalt der Schlichte 15-60 Gew.-% beträgt.
Als Lösemittel bzw. Dispergiermedium für die erfindungsgemäßen wasserhal- tigen Schlichten können Wasser, Alkohole, wie Ethanol, oder Wasser /Alkohol- Mischungen eingesetzt werden. Für die Anwendung als Gießereischlichte wird vorzugsweise nur Wasser eingesetzt, da für solche Anwendungen brennbare Lösungsmittel unerwünscht sind.
Der Feststoffgehalt der Schlichte beträgt vorzugsweise 20-40 Gew. -%, weiter vorzugsweise 25-35 Gew.-%.
Bezogen auf den Feststoffgehalt der Schlichte betragen der BN-Gehalt vorzugsweise 45-85 Gew.-%, weiter vorzugsweise 45-75 Gew.-%, der Gehalt an Böhmit-Nanoteilchen vorzugsweise 5-20 Gew.-%, weiter vorzugsweise 10- 18 Gew.-%, der Gehalt an Borat vorzugsweise 1 -4 Gew.-%, weiter vorzugsweise 1 - 3 Gew.-%, der Gehalt der wasserunlöslichen Borverbindung vorzugsweise 5- 25 Gew.-%, weiter vorzugsweise 5-20 Gew.-% und der Gehalt an einer organischen Verbindung vorzugsweise 3-20 Gew.-%, weiter vorzugsweise 3- 15 Gew.- %.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass die erfindungsgemäße Schlichte, bezogen auf die Gesamtzusammensetzung der Schlichte, mindestens eine der folgenden Komponenten umfasst f) bis zu 2 Gew.-%, vorzugsweise bis zu 1 Gew.-%, weiter vorzugsweise bis zu 0,5 Gew.-% Borsäure, g) bis zu 15 Gew.-%, vorzugsweise 0,5- 10 Gew.-%, insbesondere bevorzugt 1 -8 Gew.-% mindestens eines aus Oxiden, Carbiden und Nitriden gewählten Hartstoffes, h) bis zu 15 Gew.-%, vorzugsweise 0,5- 10 Gew.-%, weiter vorzugsweise 1-8 Gew.-% mindestens eines Metallpulvers.
Das BN der Komponente a) wird vorzugsweise als BN-Pulver mit einer mittleren Teilchengröße von 1 -30 μm, weiter vorzugsweise 2- 15 μm eingesetzt. Es können auch BN-Agglomerate mit einer mittleren Agglomeratgröße von 20- 100 μm, bevorzugt 20-50 μm, verwendet werden. Ebenso sind Mischungen aus beiden Formen möglich. Das eingesetzte BN kann weiterhin bis zu 10 Gew.-% verschiedener Verunreinigungen und Zusätze enthalten. Insbesondere sind zu erwähnen Borsäure, Bortrioxid, Kohlenstoff, Alkali- oder Erdalkaliborate. Es wird jedoch bevorzugt, dass möglichst reines, ausgewaschenes BN mit einer Reinheit von mindestens 98%, bevorzugt 99%, eingesetzt wird.
Die in der erfindungsgemäßen Schlichte eingesetzten Böhmit-Nanoteilchen besitzen vorzugsweise eine mittlere Teilchengröße von 1- 100 nm, weiter vorzugsweise 1-40 nm und insbesondere bevorzugt 2-20 nm. Es kann kommerziell erhältliches Böhmitpulver verwendet werden, beispielsweise wie von der Firma Sasol in den Qualitäten Disperal oder Dispal vertrieben, wobei vorzugsweise ein solches mit der Produktbezeichnung Disperal P2 eingesetzt wird.
Das Borat c) wird vorzugsweise aus der Lithiumborat, Kaliumborat, Natriumborat, Calciumborat und Borax umfassenden Gruppe gewählt, wobei insbe- sondere Borax bevorzugt ist. Das Borat kann auch als herstellungsbedingte Verunreinigung im BN-Pulver enthalten sein.
Die wasserunlösliche Borverbindung d) wird vorzugsweise aus der Borcarbid (B4C), Metallboride und elementares Bor umfassenden Gruppe gewählt. Diese Borverbindungen werden beim bestimmungsgemäßen Einsatz der Schlichten mit Luftsauerstoff zu Boroxid oxidiert, wobei insbesondere Borcarbid bevorzugt ist. Beispiele geeigneter Metallboride sind TiB2, ZrB2 und CaB6.
Als organische Verbindung e) sind Verbindungen geeignet, welche beim be- stimmungsgemäßen Einsatz der Schlichten eine flüssige bzw. viskose Phase ausbilden und bei höheren Temperaturen ausbrennen und dabei Poren zurücklassen. Solche organischen Verbindungen werden vorzugsweise aus der synthetische Polymere, wie Thermoplaste, natürliche Polymere, wie Cellulosen und Cellulose-Derivate, Wachse, Öle und Polyphosphatester umfassenden Gruppe gewählt. Ebenfalls können Wasserlacke in Form einer Suspension oder Emulsion mit feiner Dispersionsverteilung, vorzugsweise mit einer Parti- kel- bzw. Tropfengröße < 50 μm, eingesetzt werden. Bevorzugt sind niedrigschmelzende Verbindungen und nichtwasserlösliche Verbindungen. Wasserlösliche Verbindungen sollten nicht auskristallisieren. Insbesondere bevorzugt wird als organische Verbindung ein Polyvinylbutyral (PVB) eingesetzt.
Die wahlweise enthaltenen Hartstoffe g) werden vorzugsweise aus der AI2O3, ZrO2, TiO2 und SiC umfassenden Gruppe gewählt. Diese zusätzlichen Hartstoffe erhöhen die Abriebfestigkeit im kalten Zustand der aus den Schlichten hergestellten Beschichtungen. Obwohl unter den zuletzt genannten Stoffen Tiθ2 die geringste Härte aufweist, eignet es sich insbesondere beim Einsatz der Schlichte unter oxidierenden Bedingungen.
Das wahlweise enthaltene Metallpulver h) wird vorzugsweise dann zugesetzt, wenn die erfindungsgemäßen Schlichten zur Beschichtung metallischer Substrate vorgesehen sind. Vorzugsweise werden die Metallpulver aus der Gruppe der Metalle Al, Mg, Si, Zr, Sn, Zn, Mischungen oder Legierungen daraus ausgewählt, welche in der Lage sind, Eisen aus metallischen Substraten zu lösen. Dadurch werden an der Grenzfläche zwischen Substrat und Beschichtung Mischkristalle oder intermetallische Phasen gebildet. Die Oxidationsprodukte dieser Phasen bilden einen Schutzfilm aus, so dass die Oxidationsbeständig- keit des Substrats dadurch verbessert wird. Insbesondere bevorzugt wird das Metallpulver h) aus der Gruppe der Leichtmetalle mit einem Schmelzpunkt unterhalb 8000C, besonders bevorzugt aus Al, Mg, deren Mischungen und Legierungen, ausgewählt.
Gegenstand der Erfindung ist ebenso ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen wasserhaltigen Schlichte, umfassend die Schritte i) Herstellen eines Böhmitsols in einem wässrigen Medium, ii) Zugeben der restlichen Bestandteile unter gleichzeitiger Homogenisierung zur Erzielung der Schlichte.
Zur Herstellung des Böhmitsols können kommerziell erhältliche Böhmit-Pul- verqualitäten mit Partikelgrößen im Nanometerbereich eingesetzt werden, bei- spielsweise die oben erwähnten, kommerziell erhältlichen Böhmitpulver der Firma Sasol. Die Böhmitpulver werden in ein wässriges Medium, vorzugsweise Wasser, eingerührt, das weiter vorzugsweise vorerwärmt wurde, vorzugsweise auf Temperaturen über 800C. Alternativ kann die Herstellung eines Böhmit- sols über Alkoxidrouten gemäß dem Yoldas-Prozess oder über die Verwendung von Aluminiumsalzen und Zugabe einer Base erfolgen. Nach der Homogenisierung wird die Dispersion üblicherweise durch Säurezugabe peptisiert und in ein SoI überführt. Geeigneterweise können Feststoffkonzentrationen im SoI von bis zu 20 Gew.-% Böhmit, vorzugsweise 5- 12 Gew.-%, eingestellt werden.
Das wie oben hergestellte Böhmitsol dient als Dispergiermedium, in das die restlichen Bestandteile der Schlichte durch portionierte Zugabe der Pulverkomponenten bei gleichzeitiger Homogenisierung eingebracht werden. Die Homogenisierung kann mittels üblichen Rührvorrichtungen, wie einem Blattrüh- rer erfolgen. Vorzugsweise werden die restlichen Komponenten in der Reihenfolge 1) wasserlösliche Bestandteile, 2) feine Pulver und 3) grobe Pulver zugegeben. Für hohe Dispergierungsgrade kann die Homogenisierung in einer Kugelmühle, in einem Attritor, mit einem Ultraturrax oder mit Hilfe anderer Dis- pergier- oder Mahlaggregate erfolgen.
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein beschichteter Körper, umfassend ein Substrat mit einer darauf aufgebrachten Beschichtung, wobei die Be- schichtung aus einer erfindungsgemäßen Schlichte hergestellt worden ist.
Bei dem Substrat kann es sich um ein metallisches, keramisches oder anderes anorganisches (z.B. Graphit) Substrat handeln. Das Substrat kann in Form eines beliebigen Formteils oder Formkörpers, einer Folie, eines Gewebes oder einer Faser vorliegen.
Die erfindungsgemäß vorgesehene Beschichtung weist vorzugsweise eine Dicke von 5-2.000 μm, weiter vorzugsweise 15- 1.000 μm, insbesondere bevorzugt 30-500 μm auf, wobei diese Schichtdicken jeweils als mittlere Schichtdicken zu verstehen sind. Die Erzielung defektfreier Beschichtungen dieser Dicke war bisher im Stand der Technik nicht möglich, insbesondere auf metalli- sehen oder dichten Substraten. Vielmehr liegen die gemäß dem Stand der Technik defektfrei applizierten Schichtdicken üblicherweise bei 20- 150 μm. Gegenstand der Erfindung ist ebenso ein Verfahren zur Herstellung eines wie oben beschriebenen beschichteten Körpers, umfassend die Schritte
1) Auftragen der oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Schlichte auf das Substrat durch ein- oder mehrmaliges Rakeln, Tauchen, Fluten, Schleudern, Sprühen, Bürsten oder Streichen,
2) Trocknen der so erhaltenen Beschichtung,
3) Einbrennen der Beschichtung.
Im obigen Schritt 1) kann die Auftragung der Schlichte bei Raumtemperatur oder bei Substrattemperaturen bis zu 300°C erfolgen. Gegebenenfalls kann das Substrat mit einem Primer vorbehandelt werden.
Die Trocknung der noch feuchten Beschichtung kann bei Raumtemperatur, vorzugsweise jedoch bei Temperaturen von 80- 1000C erfolgen.
Das Einbrennen gemäß Schritt 3) kann in situ beim Einsatz des beschichteten Körpers in einer Gießereianwendung erfolgen, wobei die Wärmezufuhr entweder durch den Kontakt mit Metallschmelzen oder heißen Formteilen oder über Strahlung und/oder Konvektion erfolgt. Alternativ kann das Ein- brennen aber auch vorher in einem separaten Verfahrensschritt bei Temperaturen von 180 bis 8000C erfolgen, vorzugsweise bei Temperaturen von 470°C oder darüber, insbesondere 5000C oder darüber.
Ohne an eine bestimmte Theorie gebunden zu sein, kann die Funktion und Wirkungsweise der einzelnen Komponenten der erfindungsgemäßen Schlichte bei Ausbildung von Beschichtungen wie folgt erklärt werden. Wie oben bereits erwähnt, sind die erfindungsgemäß erzielbaren Beschichtungen heißflexibel und selbstheilend. Dies kann dadurch erklärt werden, dass beim Durchlaufen des gesamten Temperaturbereichs von Raumtemperatur bis zur Einsatztem- peratur von etwa 7500C in der Schlichte bzw. der Beschichtung immer eine flüssige oder viskose Phase zur Verfügung steht, welche dafür sorgt, dass keine Risse entstehen bzw. dass gegebenenfalls entstehende Risse wieder geschlossen werden. Durch die verschiedenen Komponenten der Schlichte ergeben sich überlappende Bereich an flüssigen bzw. viskosen Phasen: Wasser bis 1000C, dann Verflüssigung der organischen Verbindung, beispielsweise flüssiges PVB bei ca. 70-2000C, Borsäure, falls vorhanden, ab 170°C und Boroxid ab 450°C, und oberhalb 6000C wird schließlich die wasserunlösliche Borver- bindung, wie B4C, zu B2O3 oxidiert. Gelöstes Borax (Na2B4C«7 x 10 H2O) schmilzt bei ca. 75°C und zersetzt sich bei weiterer Temperaturerhöhung zu wasserfreiem Borax, das wiederum bei ca. 742°C schmilzt.
Gemäß der Erfindung hat sich ebenfalls gezeigt, dass beim Austausch der oben erwähnten wasserunlöslichen Borverbindung d), insbesondere B4C, durch einen entsprechenden Anteil an B2O3 oder auch an Borsäure, das B2O3 in der Beschichtung auskristallisiert und es zu einem Abplatzen der Be- schichtung kommt. Wird jedoch erfindungsgemäß die wasserunlösliche Bor- Verbindung, insbesondere B4C, zugesetzt, entsteht zwar offensichtlich ebenfalls B2O3 als Oxidationsprodukt, aber es kommt überraschenderweise nicht zum unerwünschten Effekt des Auskristallisierens und des Abplatzens der Schicht. Dies war für einen Fachmann nicht vorhersehbar.
Aufgrund der oben beschriebenen Vorteile und Eigenschaften eignet sich ein erfindungsgemäß beschichteter Körper insbesondere auf dem Gebiet der Gießereianwendungen, insbesondere Leichmetallgießereianwendungen. Beispielsweise handelt es sich hierbei bei dem beschichteten Körper um einen Gießtisch, eine Gießrinne oder einen Behälter zum Warmhalten oder Transportie- ren von Metallschmelzen.
Die erfindungsgemäßen Schlichten können weiterhin bei einem inversen Be- schichtungsverfahren eingesetzt werden. Hierbei wird unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Schlichte eine Beschichtung auf eine Sandform aufge- bracht. In der so beschichteten Form erfolgt dann ein Metallabguss, vorzugsweise eines Metalls mit einem Schmelzpunkt > 12000C, wobei die Sandform anschließend entfernt wird. Durch ein solches Verfahren kann ein metallischer Gegenstand, beispielsweise ein Gießlöffel, erhalten werden, der bereits mit einer in situ eingebrannten erfindungsgemäßen Beschichtung versehen ist.
Die nachfolgenden Beispiele erläutern die Erfindung. Beispiel 1:
Böhmitsolher Stellung über die Pulverroute:
400 ml Wasser werden auf 85-95°C aufgeheizt. Es folgt unter starkem Rühren die Zugabe von 34g nanoskaligem Böhmitpulver. Die Homogenisierung wird unter starkem Rühren innerhalb von 10 Minuten durchgeführt. Die Suspension wird bei Prozesstemperatur mit 6ml konzentrierter Salpetersäure pepti- siert. Ein Alterungsschritt wird nicht durchgeführt. Während der Synthese konzentriert sich das SoI auf. Das SoI wird durch Zugabe von Wasser auf einen Böhmitfeststoffgehalt von 7, 1 Gew.-% verdünnt.
Beispiel 2:
Böhmitsolherstellung über die Precursorroute fAlkoxide):
500 ml Wasser mit einer Temperatur von 85- 1000C werden vorgelegt. Der pH- Wert im Wasser wird mit Salpetersäure bereits vor der Synthese auf einen Wert von unter 1 eingestellt. Anschließend erfolgt die Zugabe von 98g Alumi- niumisopropoxid. Auf Siedetemperatur des SoIs wird das Volumen des SoIs rasch auf 3/5 reduziert. Bei der zweiten Säurezugabe wird das SoI mit 10ml konzentrierter Salpetersäure peptisiert, gefolgt von einer raschen Abkühlung des SoIs. Das SoI wird durch Zugabe von Wasser auf einen Böhmitfeststoffgehalt von 7, 1 Gew.-% verdünnt. Ein Alterungsschritt wird nicht durchgeführt.
Beispiel 3:
Herstellung einer Schlichte:
108,3g SoI aus Beispiel 1 oder Beispiel 2 mit einem Feststoffgehalt an Böhmit von 7, 1 Gew.% (entsprechend einem Gehalt von 8,3 g hydratisiertem Böhmitpulver Disperal P2 oder entsprechend 6 g resultierendem Al2O3-Gehalt) wird als Dispergiermedium vorgelegt. Die pulvrigen Komponenten der Suspension werden unter Verwendung eines Ultraturrax im SoI homogenisiert. Es werden separat voneinander Ig Borsäure, Ig Borax, 4g Borcarbid mit einer mittleren Partikelgröße von 1 μm, 30g Bornitrid mit einer mittleren Partikelgröße von 4 μm und 3,3g Polyvinylbutyral bei laufendem Dispergieraggregat portionsweise zudosiert.
Beispiel 4:
Herstellung einer Schlichte:
108,3g SoI aus Beispiel 1 oder Beispiel 2 mit einem Feststoffgehalt an Böhmit von 7, 1 Gew.% (entsprechend einem Gehalt von 8,3 g hydratisiertem Böhmit- pulver Disperal P2 oder entsprechend 6 g resultierendem Al2O3-Gehalt) wird als Dispergiermedium vorgelegt. Die pulvrigen Komponenten der Suspension werden unter Verwendung eines Ultraturrax im SoI homogenisiert. Es werden separat voneinander Ig Borax, 2g Borcarbid mit einer mittleren Partikelgröße von 1 μm, 2g Titandiborid mit einer mittleren Partikelgröße von 4,5 μm, 30g Bornitrid mit einer mittleren Partikelgröße von 4 μm, Ig Aluminiumoxid und 2g Polyvinylbutyral bei laufendem Dispergieraggregat portionsweise zudosiert.
Beispiel 5:
Herstellung einer Schlichte:
108,3g SoI aus Beispiel 1 oder Beispiel 2 mit einem Feststoffgehalt an Böhmit von 7, 1 Gew.% (entsprechend einem Gehalt von 8,3 g hydratisiertem Böhmit- pulver Disperal P2 oder entsprechend 6 g resultierendem Al2O3 -Gehalt) wird als Dispergiermedium vorgelegt. Die pulvrigen Komponenten der Suspension werden unter Verwendung eines Ultraturrax im SoI homogenisiert. Es werden separat voneinander 0,5g Borax, Ig Borcarbid mit einer mittleren Partikelgröße von 1 μm, 30g Bornitrid mit einer mittleren Partikelgröße von 4 μm und Ig Polyvinylbutyral bei laufendem Dispergieraggregat portionsweise zudosiert. 2g Aluminiumpulver (Standard-Al-Pulver PCS, Eckert-Werke) werden anschließend mit einem Blattrührer eingerührt.
Vergleichsbeispiele
1. Abrasionstest (Taber Abraser-Untersuchungen) an erfindungsgemäßer Be- schichtung und Vergleichsbeschichtungen Für vergleichende Untersuchungen der Abrasionsbeständigkeit der Beschich- tungen wurden als Substrat plangeschliffene Scheiben aus Warmarbeitsstahl 1.2343 (X38CrMoV5- l ) verwendet. Die BN-Suspensionen (erfindungsgemäße Schlichte nach Beispiel 3, handelsübliche Schlichten mit Aluminiumoxid-Bin- der, Typl und Typ2, sowie mit Magnesiumsilikat-Binder) wurden per Sprühen appliziert, bei 900C eine halbe Stunde getrocknet und bei 7500C eine halbe Stunde eingebrannt.
Nach dem Einbrennen wurden die beschichteten Platten auf Raumtemperatur abgekühlt und in einem Taber Abraser-Test, 3N, Reibrollen AT20D 1 -CS1 1 OF, untersucht.
Für die Untersuchungen wurde ein Gerät der Fa.
TABER® INDUSTRIES 455 Bryant Street North Tonawanda, New York 14120 USA
verwendet. Die Reibrollen AT20D1 - CS- I lOF wurden vor jedem Test gereinigt. Das Ergebnis der Untersuchungen ist in Abb. 1 dargestellt. Die BN- Schlichte mit den geringsten Abtragsraten im Test ist die erfindungsgemäße Schlichte aus Beispiel 3. Nach 100 Umdrehungen ist bei den Vergleichsschlichten bereits fast die komplette ursprünglich 50 bis 90 μm dicke Be- Schichtung abgetragen, während bei der erfindungsgemäßen Schlichte aus Beispiel 3 die Beschichtung nur sehr langsam abgetragen wird und auch nach 500 Umdrehungen noch eine über 40 μm dicke Beschichtung erhalten ist.
2. Gitterschnitttest an erfindungsggemäßer Beschichtung und Vergleichsbe- Schichtungen
Für vergleichende Untersuchungen der Haftfestigkeit der Beschichtungen wurden Gitterschnitttests nach DIN EN ISO 2409 auf plangeschliffenen beschichteten Scheiben aus Warmarbeitsstahl ( 1.2343 X38CrMoV5- l ) durchge- führt. Die Applikation sowie Trocknung und Einbrennen der Beschichtungen erfolgte wie unter 1. beschrieben. Das Ergebnis der Untersuchungen Ist in Tabelle 1 dargestellt.
Tabelle 1 : Ergebnisse des Gitterschnitttests für unterschiedliche BN-Be- schichtungen
Nach DIN EN ISO 2409 entspricht ein GT-Wert von 0 der besten ermittelbaren Haftfestigkeit. Die erfindungsgemäße Beschichtung nach Beispiel 3 hat den besten Wert erreicht. In Tabelle 2 sind die ermittelbaren GT- Werte zusammen- gefasst.
Tabelle 2: Zuordnung von GT- Werte

Claims

Patentansprüche
1. Wasserhaltige Schlichte zur Herstellung einer BN-haltigen Beschichtung auf einem Substrat, umfassend, bezogen auf den Feststoffgehalt der Schlich- te, a) 45-90 Gew.-% BN, b) 3-25 Gew.-% Böhmit-Nanoteilchen, c) 0,5-5 Gew.-% mindestens eines Borats, d) 2-30 Gew.-% mindestens einer wasserunlöslichen, von den Komponen- ten a) und c) verschiedenen Borverbindung, e) 2-30 Gew.-% einer organischen Verbindung, wobei der Feststoffgehalt der Schlichte 15-60 Gew.-% beträgt.
2. Schlichte nach Anspruch 1 , wobei das BN der Komponente a) in einem Anteil von 45-85 Gew.-%, vorzugsweise 45-75 Gew.-% enthalten ist.
3. Schlichte nach Anspruch 1 und/oder 2, wobei die Böhmit-Nanoteilchen b) in einem Anteil von 5-20 Gew.-%, vorzugsweise 10- 18 Gew.-% enthalten sind.
4. Schlichte nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Borat c) in einem Anteil von 1 -4 Gew.-%, vorzugsweise 1 -3 Gew.-% enthalten ist.
5. Schlichte nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die wasserunlösliche Borverbindung d) in einem Anteil von 5-25 Gew.-%, vorzugsweise 5-20 Gew.-% enthalten ist.
6. Schlichte nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die organische Verbindung e) in einem Anteil von 3-20 Gew.-%, vorzugsweise
3- 15 Gew.-%, enthalten ist.
7. Schlichte nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Feststoffgehalt der Schlichte 20-40 Gew.-%, vorzugsweise 25-35 Gew.-% beträgt.
8. Schlichte nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend weiterhin, bezogen auf die Gesamtzusammensetzung der Schlichte, mindestens eine der folgenden Komonenten f) bis zu 2 Gew.-% Borsäure, g) bis zu 15 Gew.-% mindestens eines aus Oxiden, Carbiden und Nitriden gewählten Hartstoffes, h) bis zu 15 Gew.-% mindestens eines Metallpulvers.
9. Schlichte nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Borat c) aus der Lithiumborat, Kaliumborat, Natriumborat, Calciumborat und Borax umfassenden Gruppe gewählt ist.
10. Schlichte nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die wasserunlösliche Borverbindung d) aus der Borcarbid, Metallboride und elementares Bor umfassenden Gruppe gewählt ist.
1 1. Schlichte nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die organische Verbindung e) aus der synthetische Polymere, natürliche Polymere, Wachse, Öle und Phosphatester umfassenden Gruppe gewählt ist.
12. Schlichte nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die organische Verbindung e) ein Polyvinylbutyral ist.
13. Schlichte nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das BN der Komponente a) ein BN-Pulver mit einer mittleren Teilchengröße von 1-30 μm, vorzugsweise 2- 15 /im ist.
14. Schlichte nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Böhmit-Nanoteilchen b) eine mittlere Teilchengröße von 1 - 100 nm, vor- zugsweise 1 -40 nm, besonders bevorzugt 2-20 nm aufweisen.
15. Schlichte nach mindestens einem der Ansprüche 8- 14, wobei die Borsäure f), bezogen auf die Gesamtzusammensetzung der Schlichte, in einem Anteil von bis zu 1 Gew.-%, vorzugsweise bis zu 0,5 Gew.-%, vorliegt.
16. Schlichte nach mindestens einem der Ansprüche 8- 15, wobei die Hartstoffe g), bezogen auf die Gesamtzusammensetzung der Schlichte, in einem Anteil von 0,5- 10 Gew. -%, vorzugsweise 1-8 Gew.-%, vorliegen.
17. Schlichte nach mindestens einem der Ansprüche 8- 16, wobei die Hartstoffe g) aus der AI2O3, Zrθ2, Tiθ2 und SiC umfassenden Gruppe gewählt sind.
18. Schlichte nach mindestens einem der Ansprüche 8- 17, wobei das Metall- pulver h), bezogen auf die Gesamtzusammensetzung der Schlichte, in einem
Anteil von 0.5- 10 Gew.-%, vorzugsweise 1 -8 Gew.-%, vorliegt.
19. Schlichte nach mindestens einem der Ansprüche 8- 18, wobei das Metallpulver h) aus der Gruppe der Metalle Al, Mg, Si, Zr, Sn, Zn, deren Mischun- gen und deren Legierungen ausgewählt ist, vorzugsweise aus der Gruppe der Leichtmetalle mit einem Schmelzpunkt unterhalb 800°C, besonders bevorzugt Al, Mg, deren Mischungen und Legierungen.
20. Verfahren zur Herstellung einer wasserhaltigen Schlichte gemäß mindes- tens einem der Ansprüche 1- 19, umfassend die Schritte i) Herstellen eines Böhmitsols in einem wässrigen Medium, ii) Zugeben der restlichen Bestandteile unter gleichzeitiger Homogenisierung zur Erzielung der Schlichte.
21. Beschichteter Körper, umfassend ein Substrat mit einer darauf aufgebrachten Beschichtung, wobei die Beschichtung aus einer Schlichte gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 - 19 hergestellt worden ist.
22. Beschichteter Körper nach Anspruch 21 , wobei das Substrat aus metal- lischen, keramischen oder anderen anorganischen Substraten gewählt ist.
23. Beschichteter Körper nach Anspruch 21 und/oder 22, wobei das Substrat in Form eines Formteils, einer Folie, eines Gewebes oder einer Faser vorliegt.
24. Beschichteter Körper nach mindestens einem der Ansprüche 21-23, wobei die Beschichtung eine Dicke von 5-2.000 μm, vorzugsweise 15- 1.000 μm, weiter vorzugsweise 30-500 μm, aufweist.
25. Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Körpers nach mindestens einem der Ansprüche 21 -24, umfassend die Schritte
1) Auftragen der Schlichte gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 - 19 auf das Substrat durch ein- oder mehrmaliges Rakeln, Tauchen, Fluten,
Schleudern, Sprühen, Bürsten oder Streichen, 2) Trocknen der so erhaltenen Beschichtung,
3) Einbrennen der Beschichtung.
26. Verfahren nach Anspruch 25, wobei das Einbrennen in Schritt 3) in situ beim Einsatz des beschichteten Körpers in einer Gießereianwendung erfolgt.
27. Verfahren nach Anspruch 25, wobei das Einbrennen in Schritt 3) vor dem Einsatz des beschichteten Körpers bei erhöhten Temperaturen erfolgt.
28. Verfahren nach Anspruch 25 und/oder 27, wobei das Einbrennen in Schritt 3) bei Temperaturen von 180 bis 8000C erfolgt.
29. Verwendung eines beschichteten Körpers gemäß mindestens einem der Ansprüche 21 -24 auf dem Gebiet der Gießereianwendungen, insbesondere Leichmetallgießereianwendungen.
30. Verwendung nach Anspruch 29, wobei es sich bei dem beschichteten Körper um einen Gießtisch, eine Gießrinne oder einen Behälter zum Warmhalten von Metallschmelzen handelt.
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