EP2524973A1 - Arc spraying method for manufacturing a leak-proof coating - Google Patents

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EP2524973A1
EP2524973A1 EP12159394A EP12159394A EP2524973A1 EP 2524973 A1 EP2524973 A1 EP 2524973A1 EP 12159394 A EP12159394 A EP 12159394A EP 12159394 A EP12159394 A EP 12159394A EP 2524973 A1 EP2524973 A1 EP 2524973A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
melt
particles
layer
substrate
oxidizable
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP12159394A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Fred VAN RODIJNEN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Oerlikon Metco AG
Original Assignee
Sulzer Metco AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Sulzer Metco AG filed Critical Sulzer Metco AG
Priority to EP12159394A priority Critical patent/EP2524973A1/en
Publication of EP2524973A1 publication Critical patent/EP2524973A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • C23C4/131Wire arc spraying
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05BSPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B7/00Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
    • B05B7/16Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed
    • B05B7/20Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed by flame or combustion
    • B05B7/201Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed by flame or combustion downstream of the nozzle
    • B05B7/203Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed by flame or combustion downstream of the nozzle the material to be sprayed having originally the shape of a wire, rod or the like
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/18After-treatment

Definitions

  • the invention relates to an arc spraying method for producing a dense layer according to the preamble of the independent method claim.
  • the invention further relates to a dense layer made according to such a method.
  • Coatings produced by thermal spraying are often exposed to corrosive stresses.
  • floor coatings on ships are very much exposed to the salt water-containing sea air and therefore particularly susceptible to corrosion damage.
  • anti-corrosion coatings for example in the form of special paints or coatings, but it is not uncommon for the effect referred to as undercutting that occurs under the coating on the substrate to corrosion.
  • This corrosion can lead to the coating - for example the protective ink or the thermally sprayed protective layer - peeling off the substrate.
  • the cause of this undercorrosion may be damage to the protective coating through which the corrosion causing material, e.g. Salt water, reaches the substrate and leads there to corrosion.
  • the material causing the corrosion to penetrate the inherently intact protective layer via capillary effects or diffusion processes and thus reach the substrate.
  • the protective layer is therefore virtually not dense enough. This effect is particularly favored even if the protective layer has a high roughness.
  • high roughness of the protective layer is often desirable for safety reasons, for example on the bottom of ships to minimize the risk of slipping for the crew of the ship.
  • an arc spraying method for producing a dense layer on a substrate, in which an electrical voltage is applied to two electrically conductive injection wires, with which an arc is ignited between the injection wires, wherein a melt is produced from the injection wires in a melting region, wherein the melt is subjected to a fluid which transports the melt to the substrate where the melt is deposited to form the layer.
  • the melt is supplied with oxidizable particles which are deposited together with the melt on the substrate, and after the completion of spraying, the oxidizable particles are at least partially oxidized to seal the layer.
  • Arc spraying which is often also referred to more precisely as arc wire spraying, is a thermal spraying method with which layers can be deposited on a substrate in a cost-effective and simple manner.
  • the melt-supplied oxidizable particles are at least partially oxidized after the injection process.
  • the particles increase their volume and thus seal the layer, or the layer is sealed.
  • the substrate located under the layer can be protected particularly efficiently, in particular against corrosion. Since the particles are distributed throughout the layer, not only is the surface of the layer sealed, but the entire layer is sealed inside.
  • the oxidizable particles are added to the fluid before the fluid acts on the melt.
  • the particles then impinge on the melting region together with the fluid and transport the melt onto the substrate from there.
  • Another preferred methodology is to add the oxidizable particles of the melt between the melting region and the substrate.
  • the oxidizable particles are thus introduced downstream of the melting range in the "beam", which transports the melt to the substrate.
  • the oxidizable particles are part of at least one spray wire.
  • the spray wire is then designed, for example, as a hollow wire or as a so-called “cored wire", d. H. the oxidizable particles are integrated in the spray wire.
  • Another possible procedure is that a third spray wire is provided, which contains the oxidizable particles.
  • the oxidizable particles contain iron or zinc or aluminum or magnesium or alloys of these elements. These elements or their alloys are particularly easy to oxidize.
  • iron there are a variety of oxidizable iron compounds or iron base materials having an iron content of at least 50 weight percent, which are suitable for the inventive method, for example iron base material with chromium and / or aluminum.
  • elemental aluminum or magnesium or zinc are suitable because of their easy oxidation and the associated volume increase.
  • oxidized aluminum powder has about three times the volume of unoxidized aluminum powder.
  • the alloy ZnAl 85/15 is suitable which contains 85% by weight of zinc and 15% by weight of Al.
  • a criterion for the proper choice of the oxidizable particles is that they have no pronounced tendency to form alloys with the spray material. It is quite possible, although not necessary, for the oxidizable particles to be used in the process according to the invention melt or plasticized and then solidify again when they have been applied to the substrate along with the melt. In such cases, it is not desirable for the oxidizable particles to form alloys with the spray material and then optionally no longer or at least no longer easily oxidizable. An exception to this may be possible if the oxidizable particles with components of the spray material form easily oxidizable alloys or other compounds. Then, of course, it can be specifically used that the oxidizable particles are generated only during the injection process or that the oxidizable particles enter into compounds, which in turn represent oxidizable particles.
  • the inventive method is particularly suitable for those applications in which the substrate is made of steel, or has a surface made of steel.
  • the undercutting of the steel under the layer can be at least efficiently inhibited or delayed, if not completely and permanently prevented, by the sealing of the layer or by the density of the layer.
  • the invention further proposes a dense layer, which is produced by a method according to the invention.
  • the dense layer preferably has residual compressive stresses. These residual compressive stresses in the layer can be selectively generated by the oxidation of the oxidizable particles, because the increase in volume associated with the oxidation leads to the formation of residual compressive stresses which can markedly improve the durability or the adhesion of the layer to the substrate.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of the essential parts of an arc spray device, which is suitable for carrying out a first embodiment of the inventive method, and with which a dense layer 18 on a substrate 10 can be produced.
  • the arc spray device comprises a spray gun 1, a first feeder 3, an oxidizable particle reservoir 12, which is usually in powder form in the reservoir 12, and a drive unit 14 for controlling the process.
  • the spray gun 1 comprises in a conventional manner two electrically conductive spray wires 2, which are connected to the supply of electrical energy to a power source 16, so that ignited between the spray wires 2 in a melting region 7, an arc 6 and stably maintained for a predetermined period can be.
  • the spray wires 2 are fed from a storage device, not shown, a wire guide 5.
  • the wire guide 5 comprises a wire feed 13, which is suitable for feeding the spray wire 2 through a guide device 17 to the melting region 7.
  • the Guide device 17 is preferably designed such that it is connectable to the energy source 16 as an electrically conductive device and is electrically conductively in contact with the spray wire 2, so that via the guide means 17 necessary for the generation of the arc 6 electrical energy supplied to the spray wire 2 can be. Since during the arc spraying in the melting region 7 material of the spray wire 2 is continuously transferred into a melt 8, the spray wire 2 must be continuously fed to maintain the arc 6 through the wire guide 5 in the melting region 7.
  • Arc spraying may or may not be performed under a controlled atmosphere.
  • the method is performed in a process chamber 30, which in Fig. 1 is only indicated and whose atmosphere is adjustable or controllable in a conventional manner with pumps and gas supplies not shown.
  • the melt 8 formed from the material of the spray wire 2 in the arc 6 is acted upon by a fluid 4, which is supplied via the first feed device 3 from a gas reservoir 19.
  • the fluid 4 transports the melt 8 onto a surface 9 of the substrate 10 to be coated, whereby the layer 18 is formed.
  • the fluid 4 which is preferably a gas, in particular oxygen, nitrogen, argon, helium, ambient air, a mixture of these or another gas, the melt 8 is acted upon by a predeterminable working pressure, whereby the melt 8 on the surface 9 of the substrate 10 is thrown. There, the melt condenses 8 in a solid state.
  • the melt 8 is supplied with the oxidisable particles 11 in such a way that the oxidizable particles 11 together with the melt 8 are deposited on the substrate 10.
  • the oxidizable particles 11 are added to the fluid 4 before the fluid 4 acts on the melt 8.
  • a connection 15 is provided, through which the oxidizable particles 11 can pass from the reservoir 12 into the feed device 3, where they are entrained by the fluid 4, so that the particles 11 act together with the fluid 4, the melt 8 in the melting region 7.
  • the melt 8 are supplied by the fluid 4, the oxidizable particles 11, so that the particles 11 are mixed in the melting region 7 with the melt 8 and applied together with the melt 8 on the surface 9 of the body 10.
  • the oxidizable particles 11 can be melted or plasticized.
  • the material for the particles 11 should preferably be so geracelt that it does not come to a substantial alloy or compound formation between the particles 11 and the material of the spray wires 2.
  • the oxidizable particles 11 remain substantially solid and dimensionally stable during their transport in the melt 8.
  • the particles 11, which are usually solid particles, are then not melted in the melt 8 itself, but retain their outer shape and remain substantially solid. Of course, it is possible that only a slight melting of the particles 11 on their surface occurs.
  • the oxidizable particles 11 in the layer 18 are oxidized. This is done by exposure to an oxidizing agent.
  • an oxidizing agent is water. This may for example be sprayed onto the layer 18 or the layer 18 or the substrate 10 with the layer 18 are brought into a dipping bath. Of course, other oxidizing agents than water can be used. Due to the oxidation, the volume of the oxidizable particles 11 compared to non-oxidized state, so the particles 11 "swell" so to speak, whereby pores, capillary channels or other openings or passages in the layer 18 are closed or filled. By this oxidation, the layer 18 is thus sealed. This sealing takes place not only on the surface of the layer 18, but also everywhere in the layer 18.
  • a further advantageous measure, which can be realized by the increase in volume of the particles 11, is the generation of residual compressive stresses in the layer 18.
  • compressive stresses are generated in the layer 18, which have a positive effect on the durability or ., affect the adhesion of the layer 18.
  • the dimensional stability of the particles 11 in the melt 8 can be ensured by a few parameters, of course by a suitable choice of material for the particles 11, on the other hand Size of the particles 11 or by the flow rate of the fluid 11. By the same parameters, of course, a melting of the particles 11 can be realized.
  • oxidizable particles 11 which serve for the subsequent sealing of the layer 18, very many materials are suitable, in particular in the form of solid particles. Suitable examples are: zinc, aluminum, magnesium, iron, or alloys of these elements with each other or with other elements. In particular iron-base compounds with an iron content of more than 50% are suitable or also the alloy ZnAl 85/15 which contains 85% zinc and 15% iron.
  • the arc spraying device has, for example, a freely programmable drive unit 14 with which, in particular, the following parameters can be regulated or set: the working pressure with which the fluid 4 acts on the melt 8, the quantity of particles 11 fed in, the wire feed 13, the injection wires 2 supplied electrical energy.
  • the drive unit 14 is connected via signal lines 20 to the respective components of the device.
  • the control unit 14 may comprise sensor lines 21, by means of which the control unit 14 can transmit various operating parameters, such as actual working pressure, gas pressure in the process chamber, ambient pressure, temperature, electrical operating parameters of the energy source or other parameters.
  • the melt 8 generated in the melting region 7 is then first transported by the fluid flow laden with the particles 11 to the surface 9 of the substrate 10 by means of the arc spraying process, where the melt 8 is deposited in the form of splashes or droplets becomes.
  • the thermal spraying process is ended.
  • the oxidizable particles 11 are now oxidized in the solidified layer 18, whereby the layer 18 is sealed.
  • Fig. 2 shows the essential parts of an arc spray device for carrying out a second embodiment of the inventive method.
  • first exemplary embodiment also apply analogously to the second exemplary embodiment.
  • same reference numerals denote the same parts or functionally equivalent parts as in the first embodiment.
  • the essential difference from the first exemplary embodiment lies in the fact that, in the second exemplary embodiment, the oxidizable particles 11, viewed in the flow direction, are added only after the melting region 7.
  • a second feed device 31 is provided, through which the oxidizable particles 11 can be introduced from the reservoir 12 into the melt 8, wherein the entry of the particles 11 takes place here only between the melting region 7 and the substrate 10.
  • the second feed 31 has an orifice 32 which, however, is arranged in the vicinity of the melting region 7 on the substrate side of the melting region 7, so that the particles 11 can be introduced from there into the coating jet formed by the melt 8 and the fluid 4.
  • the particles 11 can also be transported in this embodiment by means of the fluid 4 through the second feeder 31.
  • the second feed 31 is connected to the gas reservoir 19 or a separate fluid reservoir (in Fig. 2 not shown).
  • the apparatus shown also has an energy source 16, the representation of which has been omitted here for reasons of clarity.
  • the melt 8 formed from the material of the spray wire 2 in the electric arc 6 is applied to the surface 9 of the substrate 10 by the fluid 4 via the first supply device 3 from a gas reservoir 19 analogously to the previously described embodiment.
  • the oxidizable particles 11 pass from the orifice 32 into the melt 8 and are then transported together with the latter to the substrate 10.
  • the oxidizable particles can also be provided in one or both of the sprayed wires 2.
  • the spray wire 2 is then configured as a cored wire, which in addition to the actual, for example, metallic coating material additionally contains the oxidizable particles 11.
  • Fig. 3 shows such a spray wire 2 in cross section.
  • the oxidizable particles 11 are released during melting of the spray wire 2 in the melting region 7 and then get transported by the fluid 4 together with the melt 8 to the substrate 10.
  • the achieved volume fraction of the particles 11 on the layer 18 can then be above the relative Set the proportion of particles 11 in the spray wire 2.
  • FIG Fig. 4 Another embodiment is shown schematically in FIG Fig. 4 clarified.
  • at least one third spray wire 22 is provided which contains the oxidizable particles 11.
  • This third spray wire 22 is introduced into the melting region 7, where its tip is melted, whereby the oxidizable particles 11 are released, and then together with the melt 8 of the fluid 4th to be transported to the substrate 10.
  • a wire feed is also provided for the third spray wire 22.
  • the third spray wire 22 can be supplied energized or de-energized. If the third spray wire 22 is energized, then it can be switched either as a cathode or as an anode. For example, at least one further arc is produced. However, it is also possible to conduct the third spray wire without current, so that it melts only by the heat of the melting range, which is generated by the arc between the two spray wires 2.

Abstract

The method involves applying electrical voltage to two electrically conductive spray wires (2) in a melting zone (7) so as to form an arc (6) between spray wires such that melt (8) is formed in melting zone. A fluid (4) is applied to melt. The oxidized particles (11) are sprayed for sealing the melt partly with oxidized particles. The melt containing oxidized particles is transported to a substrate (10) so as to form a dense layer (18) on substrate.

Description

Die Erfindung betrifft ein Lichtbogenspritzverfahren zum Herstellen einer dichten Schicht gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Verfahrensanspruchs. Die Erfindung betrifft ferner eine dichte Schicht, die gemäss einem solchen Verfahren hergestellt ist.The invention relates to an arc spraying method for producing a dense layer according to the preamble of the independent method claim. The invention further relates to a dense layer made according to such a method.

Beschichtungen, die mittels thermischen Spritzens hergestellt werden, sind häufig korrosiven Belastungen ausgesetzt. Beispielsweise sind Bodenbeschichtungen auf Schiffen sehr stark der salzwasserhaltigen Seeluft ausgesetzt und daher besonders anfällig für Korrosionsschäden. Zwar ist es bekannt, Korrosionsschutzschichten beispielsweise in Form von speziellen Farben oder Beschichtungen aufzubringen, aber hierbei kommt es nicht selten zu dem als Unterkorrosion bezeichneten Effekt, dass es unter der Beschichtung auf dem Substrat zur Korrosion kommt. Diese Korrosion kann dazu führen, dass die Beschichtung - also beispielsweise die Schutzfarbe oder die thermisch gespritzte Schutzschicht von dem Substrat abplatzt. Die Ursache dieser Unterkorrosion können natürlich Beschädigungen der schützenden Beschichtung sein, durch welche das die Korrosion verursachende Material, z.B. Salzwasser, auf das Substrat gelangt und dort zur Korrosion führt. Es ist aber auch möglich, dass das die Korrosion verursachende Material über Kapillareffekte oder Diffusionsprozesse die an sich intakte Schutzschicht durchdringt und so an das Substrat gelangt. Die Schutzschicht ist also quasi nicht dicht genug. Dieser Effekt wird insbesondere auch dann begünstigt, wenn die Schutzschicht eine hohe Rauigkeit aufweist. Eine hohe Rauigkeit der Schutzschicht ist aber oft aus Sicherheitsgründen wünschenswert, beispielsweise auf dem Boden von Schiffen zur Minimierung der Rutschgefahr für die Besatzung des Schiffes.Coatings produced by thermal spraying are often exposed to corrosive stresses. For example, floor coatings on ships are very much exposed to the salt water-containing sea air and therefore particularly susceptible to corrosion damage. Although it is known to apply anti-corrosion coatings, for example in the form of special paints or coatings, but it is not uncommon for the effect referred to as undercutting that occurs under the coating on the substrate to corrosion. This corrosion can lead to the coating - for example the protective ink or the thermally sprayed protective layer - peeling off the substrate. Of course, the cause of this undercorrosion may be damage to the protective coating through which the corrosion causing material, e.g. Salt water, reaches the substrate and leads there to corrosion. However, it is also possible for the material causing the corrosion to penetrate the inherently intact protective layer via capillary effects or diffusion processes and thus reach the substrate. The protective layer is therefore virtually not dense enough. This effect is particularly favored even if the protective layer has a high roughness. However, high roughness of the protective layer is often desirable for safety reasons, for example on the bottom of ships to minimize the risk of slipping for the crew of the ship.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein kostengünstiges und einfaches Verfahren zum Herstellen einer dichten Schicht auf einem Substrat vorzuschlagen, welches einen Schutz des unter der Schicht befindlichen Substrats insbesondere gegen Korrosion ermöglicht. Ferner soll durch die Erfindung eine entsprechende dichte Schicht bereitgestellt werden.It is therefore an object of the invention to provide a low cost and simple method of forming a dense layer on a substrate to propose, which allows protection of the underlying substrate, in particular against corrosion. Furthermore, the invention provides a corresponding dense layer.

Die diese Aufgabe lösenden Gegenstände der Erfindung sind durch den unabhängigen Anspruch der jeweiligen Kategorie gekennzeichnet.The objects of the invention which solve this object are characterized by the independent claim of the respective category.

Erfindungsgemäss wird also ein Lichtbogenspritzverfahren vorgeschlagen zum Herstellen einer dichten Schicht auf einem Substrat, bei welchem an zwei elektrisch leitende Spritzdrähte eine elektrische Spannung angelegt wird, mit welcher ein Lichtbogen zwischen den Spritzdrähten gezündet wird, wobei aus den Spritzdrähten in einem Schmelzbereich eine Schmelze erzeugt wird, wobei die Schmelze mit einem Fluid beaufschlagt wird, welches die Schmelze zu dem Substrat transportiert, wo die Schmelze zur Erzeugung der Schicht abgeschieden wird. Der Schmelze werden oxidierbare Partikel zugeführt,die gemeinsam mit der Schmelze auf dem Substrat abgelagert werden, und nach Beendigung des Spritzens werden die oxidierbaren Partikel zum Dichten der Schicht zumindest teilweise oxidiert.According to the invention, therefore, an arc spraying method is proposed for producing a dense layer on a substrate, in which an electrical voltage is applied to two electrically conductive injection wires, with which an arc is ignited between the injection wires, wherein a melt is produced from the injection wires in a melting region, wherein the melt is subjected to a fluid which transports the melt to the substrate where the melt is deposited to form the layer. The melt is supplied with oxidizable particles which are deposited together with the melt on the substrate, and after the completion of spraying, the oxidizable particles are at least partially oxidized to seal the layer.

Lichtbogenspritzen, dass häufig auch genauer als Lichtbogendrahtspritzen bezeichnet wird, ist ein thermisches Spritzverfahren, mit welchem sich in kostengünstiger und einfacher Weise Schichten auf einem Substrat abscheiden lassen. Die der Schmelze zugeführten oxidierbaren Partikel werden nach dem Spritzprozess zumindest teilweise oxidiert. Durch die Oxidation vergrössern die Partikel ihr Volumen und dichten damit die Schicht, bzw. wird die Schicht versiegelt. Hiermit kann das unter der Schicht befindliche Substrat ganz besonders effizient geschützt werden, insbesondere auch gegen Korrosion. Da die Partikel in der ganzen Schicht verteilt sind, wird nicht nur die Oberfläche der schicht gedichtet, sondern die gesamte Schicht wird in ihrem Inneren versiegelt.Arc spraying, which is often also referred to more precisely as arc wire spraying, is a thermal spraying method with which layers can be deposited on a substrate in a cost-effective and simple manner. The melt-supplied oxidizable particles are at least partially oxidized after the injection process. As a result of the oxidation, the particles increase their volume and thus seal the layer, or the layer is sealed. Hereby, the substrate located under the layer can be protected particularly efficiently, in particular against corrosion. Since the particles are distributed throughout the layer, not only is the surface of the layer sealed, but the entire layer is sealed inside.

In der Praxis hat es sich als besonders günstig erwiesen, wenn die oxidierbaren Partikel einen Volumenanteil von 3% bis 20% des Volumens der Schicht einnehmen.In practice, it has proven to be particularly favorable when the oxidizable particles occupy a volume fraction of 3% to 20% of the volume of the layer.

Gemäss einer ersten bevorzugten Verfahrensführung werden die oxidierbaren Partikel dem Fluid beigemischt, bevor das Fluid die Schmelze beaufschlagt.According to a first preferred method, the oxidizable particles are added to the fluid before the fluid acts on the melt.

Die Partikel treffen dann also gemeinsam mit dem Fluid auf den Schmelzbereich auf und transportieren von dort die Schmelze auf das Substrat.The particles then impinge on the melting region together with the fluid and transport the melt onto the substrate from there.

Eine andere bevorzugte Verfahrensführung besteht darin, die oxidierbaren Partikel der Schmelze zwischen dem Schmelzbereich und dem Substrat beizufügen. Bei dieser Variante werden die oxidierbaren Partikel also stromabwärts des Schmelzbereichs in den "Strahl" eingebracht, welcher die Schmelze zum Substrat transportiert.Another preferred methodology is to add the oxidizable particles of the melt between the melting region and the substrate. In this variant, the oxidizable particles are thus introduced downstream of the melting range in the "beam", which transports the melt to the substrate.

Ferner ist es möglich, dass die oxidierbaren Partikel Bestandteil zumindest eines Spritzdrahtes sind. Der Spritzdraht ist dann beispielsweise als Hohldraht oder als sogenannter "cored wire" ausgestaltet, d. h. die oxidierbaren Partikel sind in den Spritzdraht integriert.Furthermore, it is possible that the oxidizable particles are part of at least one spray wire. The spray wire is then designed, for example, as a hollow wire or as a so-called "cored wire", d. H. the oxidizable particles are integrated in the spray wire.

Eine weitere mögliche Verfahrensführung besteht darin, dass ein dritter Spritzdraht vorgesehen ist, welcher die oxidierbaren Partikel enthält.Another possible procedure is that a third spray wire is provided, which contains the oxidizable particles.

In einer bevorzugten Ausführungsform enthalten die oxidierbaren Partikel Eisen oder Zink oder Aluminium oder Magnesium oder Legierungen dieser Elemente. Diese Elemente bzw. ihre Legierungen lassen sich besonders einfach oxidieren. Bezüglich Eisen gibt es eine Vielzahl oxidierbarer Eisenverbindungen bzw. Eisenbasismaterialien mit einem Eisengehalt von mindestens 50 Gewichtsprozent, die für das erfindungsgemässe Verfahren geeignet sind, beispielsweise Eisenbasismaterial mit Chrom und/oder Aluminium. Auch elementares Aluminium oder Magnesium oder Zink eignen sich aufgrund ihrer leichten Oxidierbarkeit und der damit verbundenen Volumenzunahme. So hat beispielsweise oxidiertes Aluminiumpulver etwa das dreifache Volumen wie das nicht oxidierte Aluminiumpulver. Ferner ist die Legierung ZnAl 85/15 geeignet die 85 Gew.% Zink und 15 Gew.% Al enthält. Ein Kriterium für die geeignete Wahl der oxidierbaren Partikel ist es, dass diese keine ausgeprägte Neigung haben, mit dem Spritzmaterial Legierungen zu bilden. Es ist nämlich durchaus möglich, wenn auch nicht notwendig, dass die oxidierbaren Partikel bei dem erfindungsgemässen Verfahren aufschmelzen oder plastifiziert werden und dann wieder erstarren, wenn sie zusammen mit der Schmelze auf dem Substrat aufgebracht worden sind. In solchen Fällen ist es nicht erwünscht, dass die oxidierbaren Partikel mit dem Spritzmaterial Legierungen bilden und dann gegebenenfalls nicht mehr oder zumindest nicht mehr einfach oxidierbar sind. Eine Ausnahme hiervon kann möglich sein, wenn die oxidierbaren Partikel mit Komponenten des Spritzmaterials leicht oxidierbare Legierungen oder sonstige Verbindungen bilden. Dann kann es natürlich gezielt genutzt werden, dass die oxidierbaren Partikel erst beim Spritzprozess generiert werden oder das die oxidierbaren Partikel Verbindungen eingehen, die wiederum oxidierbare Partikel darstellen.In a preferred embodiment, the oxidizable particles contain iron or zinc or aluminum or magnesium or alloys of these elements. These elements or their alloys are particularly easy to oxidize. With respect to iron, there are a variety of oxidizable iron compounds or iron base materials having an iron content of at least 50 weight percent, which are suitable for the inventive method, for example iron base material with chromium and / or aluminum. Also, elemental aluminum or magnesium or zinc are suitable because of their easy oxidation and the associated volume increase. For example, oxidized aluminum powder has about three times the volume of unoxidized aluminum powder. Furthermore, the alloy ZnAl 85/15 is suitable which contains 85% by weight of zinc and 15% by weight of Al. A criterion for the proper choice of the oxidizable particles is that they have no pronounced tendency to form alloys with the spray material. It is quite possible, although not necessary, for the oxidizable particles to be used in the process according to the invention melt or plasticized and then solidify again when they have been applied to the substrate along with the melt. In such cases, it is not desirable for the oxidizable particles to form alloys with the spray material and then optionally no longer or at least no longer easily oxidizable. An exception to this may be possible if the oxidizable particles with components of the spray material form easily oxidizable alloys or other compounds. Then, of course, it can be specifically used that the oxidizable particles are generated only during the injection process or that the oxidizable particles enter into compounds, which in turn represent oxidizable particles.

Eine besonders einfache Möglichkeit ist es, wenn die oxidierbaren Partikel mittels Wasser oxidiert werden.A particularly simple possibility is when the oxidizable particles are oxidized by means of water.

Das erfindungsgemässe Verfahren eignet sich insbesondere auch für solche Anwendungen, bei welchen das Substrat aus Stahl besteht, oder eine Oberfläche aus Stahl aufweist. Insbesondere kann die Unterkorrosion des Stahls unter der Schicht durch die Versiegelung der Schicht bzw. durch die Dichte der Schicht zumindest effizient gehemmt oder verzögert wenn nicht sogar gänzlich und dauerhaft verhindert werden.The inventive method is particularly suitable for those applications in which the substrate is made of steel, or has a surface made of steel. In particular, the undercutting of the steel under the layer can be at least efficiently inhibited or delayed, if not completely and permanently prevented, by the sealing of the layer or by the density of the layer.

Durch die Erfindung wird ferner eine dichte Schicht vorgeschlagen,die nach einem erfindungsgemässen Verfahren hergestellt ist.The invention further proposes a dense layer, which is produced by a method according to the invention.

Vorzugsweise weist die dichte Schicht Druckeigenspannungen auf. Diese Druckeigenspannungen in der Schicht können durch die Oxidation der oxidierbaren Partikel gezielt generiert werden, weil die mit der Oxidation verbundene Volumenzunahme zur Ausbildung von Druckeigenspannungen führt, welche die Haltbarkeit bzw. die Anhaftung der Schicht auf dem Substrat deutlich verbessern können.The dense layer preferably has residual compressive stresses. These residual compressive stresses in the layer can be selectively generated by the oxidation of the oxidizable particles, because the increase in volume associated with the oxidation leads to the formation of residual compressive stresses which can markedly improve the durability or the adhesion of the layer to the substrate.

Weitere vorteilhafte Massnahmen und bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.Further advantageous measures and preferred embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und anhand der Zeichnung näher erläutert. In der schematischen Zeichnung zeigen teilweise im Schnitt:

Fig. 1
die wesentlichen Teile einer Lichtbogenspritzvorrichtung zum Durchführen eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemässen Verfahrens,
Fig. 2
wie Fig. 1 jedoch für ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Verfahrens,
Fig. 3
einen Spritzdraht für ein weitere Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Verfahrens, und
Fig. 4
eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung eines weiteren Ausführungsbeispiels.
In the following the invention will be explained in more detail by means of embodiments and with reference to the drawing. In the schematic drawing show partly in section:
Fig. 1
the essential parts of an arc spray device for carrying out a first embodiment of the method according to the invention,
Fig. 2
as Fig. 1 however, for a second embodiment of the method according to the invention,
Fig. 3
a spray wire for a further embodiment of the inventive method, and
Fig. 4
a schematic representation to illustrate a further embodiment.

Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung die wesentlichen Teile einer Lichtbogenspritzvorrichtung, die zur Durchführung eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemässen Verfahrens geeignet ist, und mit welcher eine dichte Schicht 18 auf einem Substrat 10 herstellbar ist. Fig. 1 shows a schematic representation of the essential parts of an arc spray device, which is suitable for carrying out a first embodiment of the inventive method, and with which a dense layer 18 on a substrate 10 can be produced.

Die Lichtbogenspritzvorrichtung umfasst eine Spritzpistole 1, eine erste Zuführeinrichtung 3, einen Vorratsbehälter 12 für oxidierbare Partikel 11, die üblicherweise in Pulverform in dem Vorratsbehälter 12 vorliegen, und eine Ansteuereinheit 14 zum Steuern des Prozesses. Die Spritzpistole 1 umfasst in an sich bekannter Weise zwei elektrisch leitende Spritzdrähte 2, die zur Versorgung mit elektrischer Energie mit einer Energiequelle 16 verbunden sind, so dass zwischen den Spritzdrähten 2 in einem Schmelzbereich 7 ein Lichtbogen 6 gezündet und über einen vorgebbaren Zeitraum stabil aufrecht erhalten werden kann. Die Spritzdrähte 2 sind aus einer nicht dargestellten Vorratseinrichtung einer Drahtführung 5 zuführbar. Die Drahtführung 5 umfasst einen Drahtvorschub13, der dazu geeignet ist, den Spritzdraht 2 durch eine Führungseinrichtung 17 dem Schmelzbereich 7 zuzuführen. Die Führungseinrichtung 17 ist bevorzugt so ausgelegt, dass sie als elektrisch leitende Einrichtung mit der Energiequelle 16 verbindbar ist und mit dem Spritzdraht 2 elektrisch leitend in Kontakt steht, so dass über die Führungseinrichtung 17 die für die Erzeugung des Lichtbogens 6 notwendige elektrische Energie dem Spritzdraht 2 zugeführt werden kann. Da beim Lichtbogenspritzen im Schmelzbereich 7 kontinuierlich Material des Spritzdrahtes 2 in eine Schmelze 8 überführt wird, muss der Spritzdraht 2 zur Aufrechterhaltung des Lichtbogens 6 kontinuierlich durch die Drahtführung 5 in den Schmelzbereich 7 nachgeführt werden.The arc spray device comprises a spray gun 1, a first feeder 3, an oxidizable particle reservoir 12, which is usually in powder form in the reservoir 12, and a drive unit 14 for controlling the process. The spray gun 1 comprises in a conventional manner two electrically conductive spray wires 2, which are connected to the supply of electrical energy to a power source 16, so that ignited between the spray wires 2 in a melting region 7, an arc 6 and stably maintained for a predetermined period can be. The spray wires 2 are fed from a storage device, not shown, a wire guide 5. The wire guide 5 comprises a wire feed 13, which is suitable for feeding the spray wire 2 through a guide device 17 to the melting region 7. The Guide device 17 is preferably designed such that it is connectable to the energy source 16 as an electrically conductive device and is electrically conductively in contact with the spray wire 2, so that via the guide means 17 necessary for the generation of the arc 6 electrical energy supplied to the spray wire 2 can be. Since during the arc spraying in the melting region 7 material of the spray wire 2 is continuously transferred into a melt 8, the spray wire 2 must be continuously fed to maintain the arc 6 through the wire guide 5 in the melting region 7.

Das Lichtbogenspritzverfahren kann, muss aber nicht, unter einer kontrollierten Atmosphäre durchgeführt werden. In diesem Fall wird das Verfahren in einer Prozesskammer 30 durchgeführt, die in Fig. 1 nur angedeutet ist und deren Atmosphäre in an sich bekannter Weise mit nicht dargestellten Pumpen und Gaszuführungen einstellbar bzw. kontrollierbar ist.Arc spraying may or may not be performed under a controlled atmosphere. In this case, the method is performed in a process chamber 30, which in Fig. 1 is only indicated and whose atmosphere is adjustable or controllable in a conventional manner with pumps and gas supplies not shown.

Die aus dem Material des Spritzdrahtes 2 im Lichtbogen 6 gebildete Schmelze 8 wird durch ein Fluid 4 beaufschlagt, welches über die erste Zuführeinrichtung 3 aus einem Gasvorrat 19 zugeführt wird. Das Fluid 4 transportiert die Schmelze 8 auf eine Oberfläche 9 des zu beschichtenden Substrats 10, wodurch sich die Schicht 18 ausbildet. Durch das Fluid 4, das bevorzugt ein Gas, insbesondere Sauerstoff, Stickstoff, Argon, Helium, Umgebungsluft, ein Gemisch dieser oder ein anderes Gas ist, wird die Schmelze 8 mit einem vorgebbaren Arbeitsdruck beaufschlagt, wodurch die Schmelze 8 auf die Oberfläche 9 des Substrats 10 geschleudert wird. Dort kondensiert die Schmelze 8 in einen festen Zustand.The melt 8 formed from the material of the spray wire 2 in the arc 6 is acted upon by a fluid 4, which is supplied via the first feed device 3 from a gas reservoir 19. The fluid 4 transports the melt 8 onto a surface 9 of the substrate 10 to be coated, whereby the layer 18 is formed. By the fluid 4, which is preferably a gas, in particular oxygen, nitrogen, argon, helium, ambient air, a mixture of these or another gas, the melt 8 is acted upon by a predeterminable working pressure, whereby the melt 8 on the surface 9 of the substrate 10 is thrown. There, the melt condenses 8 in a solid state.

Erfindungsgemäss werden der Schmelze 8 die oxidierbaren Partikel 11 derart zugeführt, dass die oxidierbaren Partikel 11 gemeinsam mit der Schmelze 8 auf dem Substrat 10 abgelagert werden. Dazu werden gemäss dem hier beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel die oxidierbaren Partikel 11 dem Fluid 4 beigemischt, bevor das Fluid 4 die Schmelze 8 beaufschlagt.According to the invention, the melt 8 is supplied with the oxidisable particles 11 in such a way that the oxidizable particles 11 together with the melt 8 are deposited on the substrate 10. For this purpose, according to the first exemplary embodiment described here, the oxidizable particles 11 are added to the fluid 4 before the fluid 4 acts on the melt 8.

Dazu ist eine Verbindung 15 vorgesehen, durch welche die oxidierbaren Partikel 11 aus dem Vorratsbehälter 12 in die Zuführeinrichtung 3 gelangen können, wo sie von dem Fluid 4 mitgenommen werden, sodass die Partikel 11 gemeinsam mit dem Fluid 4 die Schmelze 8 im Schmelzbereich 7 beaufschlagen. Somit werden der Schmelze 8 durch das Fluid 4 die oxidierbare Partikel 11 zugeführt, sodass die Partikel 11 im Schmelzbereich 7 mit der Schmelze 8 vermischt werden und gemeinsam mit der Schmelze 8 auf die Oberfläche 9 des Körpers 10 aufgebracht werden.For this purpose, a connection 15 is provided, through which the oxidizable particles 11 can pass from the reservoir 12 into the feed device 3, where they are entrained by the fluid 4, so that the particles 11 act together with the fluid 4, the melt 8 in the melting region 7. Thus, the melt 8 are supplied by the fluid 4, the oxidizable particles 11, so that the particles 11 are mixed in the melting region 7 with the melt 8 and applied together with the melt 8 on the surface 9 of the body 10.

Bei diesem Prozess können die oxidierbaren Partikel 11 an- oder aufgeschmolzen oder plastifiziert werden. In diesem Fall sollte das Material für die Partikel 11 vorzugsweise so gewält werden, dass es nicht zu einer wesentlichen Legierungs- oder Verbindungsbildung zwischen den Partikeln 11 und dem Material der Spritzdrähte 2 kommt. Es ist aber auch möglich, dass die oxidierbaren Partikel 11 während ihres Transports in der Schmelze 8 im wesentlichen fest und formbeständig bleiben. Die Partikel 11, die üblicherweise Festkörperpartikel sind, werden also dann in der Schmelze 8 selbst nicht geschmolzen, sondern behalten ihre äussere Form und bleiben im wesentlichen fest. Natürlich ist es möglich, dass es nur zu einem geringfügigen Anschmelzen der Partikel 11 an ihrer Oberfläche kommt.In this process, the oxidizable particles 11 can be melted or plasticized. In this case, the material for the particles 11 should preferably be so gewält that it does not come to a substantial alloy or compound formation between the particles 11 and the material of the spray wires 2. But it is also possible that the oxidizable particles 11 remain substantially solid and dimensionally stable during their transport in the melt 8. The particles 11, which are usually solid particles, are then not melted in the melt 8 itself, but retain their outer shape and remain substantially solid. Of course, it is possible that only a slight melting of the particles 11 on their surface occurs.

Nach Beendigung des thermischen Spritzvorgangs werden die oxidierbaren Partikel 11 in der Schicht 18 oxidiert. Dies geschieht durch Beaufschlagung mit einem Oxidationsmittel. Ein mögliches Oxidationsmittel ist Wasser. Dieses kann beispielsweise auf die Schicht 18 aufgesprüht werden oder die Schicht 18 oder das Substrat 10 mit der Schicht 18 werden in ein Tauchbad gebracht. Natürlich sind auch andere Oxidationsmittel als Wasser einsetzbar. Durch die Oxidation nimmt das Volumen der oxidierbaren Partikel 11 im Vergleich zum nicht-oxidierten Zustand zu, die Partikel 11 "quellen" also quasi auf, wodurch Poren, kapillare Kanäle oder sonstige Öffnungen bzw. Durchgänge in der Schicht 18 verschlossen bzw. aufgefüllt werden. Durch diese Oxidation wird die Schicht 18 somit versiegelt. Diese Versiegelung findet nicht nur an der Oberfläche der Schicht 18 statt, sondern auch überall in der Schicht 18. Dies hat zur Folge, dass anschliessend praktisch keine Flüssigkeiten mehr die Schicht 18 durchdringen können, sodass das Substrat 10 sehr effizient geschützt ist, insbesondere auch gegen Unterkorrosion. Da die Versiegelung bzw. die Dichtung in der ganzen Schicht 18 erfolgt, ist es ohne Qualitätseinbusse möglich, die Oberfläche der Schicht 18 rauh zu gestalten. Dies ist beispielsweise vorteilhaft als Rutschschutz, wenn die Schicht 18 ein Boden, z.B. ein Schiffsboden, ist, auf dem Personen laufen.After completion of the thermal spraying process, the oxidizable particles 11 in the layer 18 are oxidized. This is done by exposure to an oxidizing agent. One possible oxidizing agent is water. This may for example be sprayed onto the layer 18 or the layer 18 or the substrate 10 with the layer 18 are brought into a dipping bath. Of course, other oxidizing agents than water can be used. Due to the oxidation, the volume of the oxidizable particles 11 compared to non-oxidized state, so the particles 11 "swell" so to speak, whereby pores, capillary channels or other openings or passages in the layer 18 are closed or filled. By this oxidation, the layer 18 is thus sealed. This sealing takes place not only on the surface of the layer 18, but also everywhere in the layer 18. This has the consequence that then practically no more liquids can penetrate the layer 18, so that the substrate 10 is very efficiently protected, especially against under corrosion. Since the seal or the seal takes place in the entire layer 18, it is possible without loss of quality to make the surface of the layer 18 rough. This is advantageous, for example, as slip protection when the layer 18 is a floor, eg a ship's floor, on which persons are walking.

Eine weiterer vorteilhafte Massnahme, die durch die Volumenzunahme der Partikel 11 realisiert werden kann, ist das Erzeugen von Druckeigenspannungen in der Schicht 18. Durch das Aufquellen der Partikel 11 bei der Oxidation werden Druckspannungen in der Schicht 18 erzeugt, welche sich positiv auf die Haltbarkeit bzw. die Anhaftung der Schicht 18 auswirken.A further advantageous measure, which can be realized by the increase in volume of the particles 11, is the generation of residual compressive stresses in the layer 18. By the swelling of the particles 11 during the oxidation, compressive stresses are generated in the layer 18, which have a positive effect on the durability or ., affect the adhesion of the layer 18.

Ist es erwünscht, dass die oxidierbaren Partikel 11 während des Spritzprozesses nicht aufschmelzen, so kann die Formstabilität der Partikel 11 in der Schmelze 8 durch einige Parameter gewährleistet werden, zum einen natürlich durch eine geeignete Wahl des Materials für die Partikel 11, zum anderen durch die Grösse der Partikel 11 oder durch die Flussrate des Fluids 11. Durch die gleichen Parameter lässt sich natürlich auch ein Aufschmelzen der Partikel 11 realisieren.If it is desired that the oxidizable particles 11 do not melt during the injection process, the dimensional stability of the particles 11 in the melt 8 can be ensured by a few parameters, of course by a suitable choice of material for the particles 11, on the other hand Size of the particles 11 or by the flow rate of the fluid 11. By the same parameters, of course, a melting of the particles 11 can be realized.

Als oxidierbare Partikel 11, die zum anschliessenden Dichten der Schicht 18 dienen, sind sehr viele Materialien insbesondere in Form von Festkörperpartikeln geeignet. Beispielsweise geeignet sind: Zink, Aluminium, Magnesium, Eisen, oder Legierungen dieser Elemente untereinander oder mit anderen Elementen. Insbesondere Eisenbasisverbindungen mit einem Eisengehalt von mehr als 50% sind geeignet oder auch die Legierung ZnAl 85/15 die 85% Zink und 15% Eisen enthält.As oxidizable particles 11, which serve for the subsequent sealing of the layer 18, very many materials are suitable, in particular in the form of solid particles. Suitable examples are: zinc, aluminum, magnesium, iron, or alloys of these elements with each other or with other elements. In particular iron-base compounds with an iron content of more than 50% are suitable or also the alloy ZnAl 85/15 which contains 85% zinc and 15% iron.

Zur Steuerung oder Regelung des Prozesses weist die Lichtbogenspritzvorrichtung beispielsweise eine frei programmierbare Ansteuereinheit 14 auf, mit welcher insbesondere die folgenden Parameter geregelt bzw. eingestellt werden können: der Arbeitsdruck, mit dem das Fluid 4 die Schmelze 8 beaufschlagt, die zugeführte Menge von Partikeln 11, der Drahtvorschub 13, die den Spritzdrähten 2 zugeführte elektrische Energie. Dazu ist die Ansteuereinheit 14 über Signalleitungen 20 mit den jeweiligen Komponenten der Vorrichtung verbunden. Desweiteren kann die Ansteuereinheit 14 Sensorleitungen 21 umfassen, durch die der Ansteuereinheit 14 von nicht dargestellten Sensoren verschiedene Betriebsparameter, wie beispielsweise aktueller Arbeitsdruck, Gasdruck in der Prozesskammer, Umgebungsdruck, Temperatur, elektrische Betriebsparameter der Energiequelle oder andere Parameter, übermittelbar sind.For controlling or regulating the process, the arc spraying device has, for example, a freely programmable drive unit 14 with which, in particular, the following parameters can be regulated or set: the working pressure with which the fluid 4 acts on the melt 8, the quantity of particles 11 fed in, the wire feed 13, the injection wires 2 supplied electrical energy. For this purpose, the drive unit 14 is connected via signal lines 20 to the respective components of the device. Furthermore, the control unit 14 may comprise sensor lines 21, by means of which the control unit 14 can transmit various operating parameters, such as actual working pressure, gas pressure in the process chamber, ambient pressure, temperature, electrical operating parameters of the energy source or other parameters.

Zur Herstellung der dichten Schicht 18 wird nun zunächst mittels des Lichtbogenspritzverfahrens die im Schmelzbereich 7 generierte Schmelze 8 von dem mit den Partikeln 11 beladenen Fluidstrom zur Oberfläche 9 des Substrats 10 transportiert, wo die Schmelze 8 in Form von Spritzern bzw. Tropfen (droplets) abgelagert wird. In die sich ausbildenden Schicht 18 werden die oxidierbaren Partikel 11, die in Form fester Partikel oder in an- bzw. aufgeschmolzener Form vorliegen, eingebaut. Ist die gewünschte Schichtdicke erreicht, so wird der thermische Spritzvorgang beendet. In einem weiteren Bearbeitungsschritt werden nun die oxidierbaren Partikel 11 in der erstarrten Schicht 18 oxidiert, wodurch die Schicht 18 versiegelt wird.To produce the dense layer 18, the melt 8 generated in the melting region 7 is then first transported by the fluid flow laden with the particles 11 to the surface 9 of the substrate 10 by means of the arc spraying process, where the melt 8 is deposited in the form of splashes or droplets becomes. In the forming layer 18, the oxidizable particles 11, which are in the form of solid particles or in other or molten form, incorporated. Once the desired layer thickness has been reached, the thermal spraying process is ended. In one Further processing step, the oxidizable particles 11 are now oxidized in the solidified layer 18, whereby the layer 18 is sealed.

Fig. 2 zeigt die wesentlichen Teile einer Lichtbogenspritzvorrichtung zum Durchführen eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemässen Verfahrens. Im Folgenden wird nur auf die Unterschiede zum ersten Ausführungsbeispiel eingegangen. Die vorangehenden Erläuterungen bezüglich des ersten Ausführungsbeispiels gelten in sinngemäss gleicher Weise auch für das zweite Ausführungsbeispiel. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen die gleichen Teile bzw. von der Funktion her gleichwertige Teile wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel. Fig. 2 shows the essential parts of an arc spray device for carrying out a second embodiment of the inventive method. In the following, only the differences from the first embodiment will be discussed. The preceding explanations with regard to the first exemplary embodiment also apply analogously to the second exemplary embodiment. The same reference numerals denote the same parts or functionally equivalent parts as in the first embodiment.

Der wesentliche Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel liegt darin, dass beim zweiten Ausführungsbeispiel die oxidierbaren Partikel 11 in Strömungsrichtung gesehen erst hinter dem Schmelzbereich 7 beigefügt werden.The essential difference from the first exemplary embodiment lies in the fact that, in the second exemplary embodiment, the oxidizable particles 11, viewed in the flow direction, are added only after the melting region 7.

Dazu ist eine zweite Zuführeinrichtung 31 vorgesehen, durch welche die oxidierbaren Partikel 11 aus dem Vorratsbehälter 12 in die Schmelze 8 eingebracht werden können, wobei hier der Eintrag der Partikel 11 erst zwischen dem Schmelzbereich 7 und dem Substrat 10 erfolgt. Dazu weist die zweite Zuführung 31 eine Mündung 32 auf, welche in der Nähe des Schmelzbereichs 7 jedoch substratseitig des Schmelzbereichs 7 angeordnet ist, sodass die Partikel 11 von dort in den von Schmelze 8 und Fluid 4 gebildeten Beschichtungsstrahl eingebracht werden können. Die Partikel 11 können auch bei diesem Ausführungsbeispiel mithilfe des Fluids 4 durch die zweite Zuführeinrichtung 31 transportiert werden. Dazu ist beispielsweise die zweite Zuführung 31 mit dem Gasvorrat 19 oder einem separaten Fluidvorrat verbunden (in Fig. 2 nicht dargestellt).For this purpose, a second feed device 31 is provided, through which the oxidizable particles 11 can be introduced from the reservoir 12 into the melt 8, wherein the entry of the particles 11 takes place here only between the melting region 7 and the substrate 10. For this purpose, the second feed 31 has an orifice 32 which, however, is arranged in the vicinity of the melting region 7 on the substrate side of the melting region 7, so that the particles 11 can be introduced from there into the coating jet formed by the melt 8 and the fluid 4. The particles 11 can also be transported in this embodiment by means of the fluid 4 through the second feeder 31. For this purpose, for example, the second feed 31 is connected to the gas reservoir 19 or a separate fluid reservoir (in Fig. 2 not shown).

Die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung weißt natürlich auch eine Energiequelle 16 auf, auf deren Darstellung hier aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet wurde.In the Fig. 2 Of course, the apparatus shown also has an energy source 16, the representation of which has been omitted here for reasons of clarity.

Die aus dem Material des Spritzdrahtes 2 im Lichtbogen 6 gebildete Schmelze 8 wird analog zu dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel auch hier durch das Fluid 4 über die erste Zuführeinrichtung 3 aus einem Gasvorrat 19 auf die Oberfläche 9 des Substrats 10 aufgebracht. Die oxidierbaren Partikel 11 gelangen aus der Mündung 32 in die Schmelze 8 und werden dann zusammen mit dieser zu dem Substrat 10 transportiert.The melt 8 formed from the material of the spray wire 2 in the electric arc 6 is applied to the surface 9 of the substrate 10 by the fluid 4 via the first supply device 3 from a gas reservoir 19 analogously to the previously described embodiment. The oxidizable particles 11 pass from the orifice 32 into the melt 8 and are then transported together with the latter to the substrate 10.

Gemäss einem weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Verfahrens können die oxidierbaren Partikel auch in einem oder beiden der Spritzdrähte 2 vorgesehen sein. Der Spritzdraht 2 ist dann als Fülldraht (cored wire) ausgestaltet, der neben dem eigentlichen beispielsweise metallischen Beschichtungsmaterial zusätzlich die oxidierbaren Partikel 11 enthält. Fig. 3 zeigt einen solchen Spritzdraht 2 im Querschnitt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist es dann nicht mehr notwendig, die oxidierbaren Partikel 11 zusätzlich aus einem Vorratsbehälter zuzuführen so wie das in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist. Bei diesem weiteren Ausführungsbeispiel werden die oxidierbaren Partikel 11 beim Schmelzen des Spritzdrahtes 2 im Schmelzbereich 7 freigesetzt und gelangen dann vom Fluid 4 zusammen mit der Schmelze 8 transportiert zum Substrat 10. Der erzielte Volumenanteil der Partikel 11 an der Schicht 18 lässt sich dann über den relativen Anteil der Partikel 11 im Spritzdraht 2 einstellen.According to a further embodiment of the method according to the invention, the oxidizable particles can also be provided in one or both of the sprayed wires 2. The spray wire 2 is then configured as a cored wire, which in addition to the actual, for example, metallic coating material additionally contains the oxidizable particles 11. Fig. 3 shows such a spray wire 2 in cross section. In this embodiment, it is then no longer necessary to supply the oxidizable particles 11 in addition from a reservoir such as that in the Fig. 1 and 2 is shown. In this further embodiment, the oxidizable particles 11 are released during melting of the spray wire 2 in the melting region 7 and then get transported by the fluid 4 together with the melt 8 to the substrate 10. The achieved volume fraction of the particles 11 on the layer 18 can then be above the relative Set the proportion of particles 11 in the spray wire 2.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist schematisch in Fig. 4 verdeutlicht. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist mindestens ein dritter Spritzdraht 22 vorgesehen, welcher die oxidierbaren Partikel 11 enthält. Dieser dritte Spritzdraht 22 wird in den Schmelzbereich 7 eingebracht, wo seine Spitze zum Schmelzen gebracht wird, wodurch die oxidierbaren Partikel 11 freigesetzt werden, um dann gemeinsam mit der Schmelze 8 von dem Fluid 4 zum Substrat 10 transportiert zu werden. Es versteht sich, dass auch für den dritten Spritzdraht 22 ein Drahtvorschub vorgesehen ist. Der dritte Spritzdraht 22 kann stromführend oder stromlos zugeführt werden. Ist der dritte Spritzdraht 22 stromführend, so kann er wahlweise als Kathode oder als Anode geschaltet werden Dabei entsteht beispielsweise mindestens ein weiterer Lichtbogen. Es ist aber auch möglich, den dritten Spritzdraht stromlos zu führen, sodass er nur duch die Wärme des Schmelzbereichs aufschmilzt, welche durch den Lichtbogen zwischen den beiden Spritzdrähten 2 erzeugt wird.Another embodiment is shown schematically in FIG Fig. 4 clarified. In this embodiment, at least one third spray wire 22 is provided which contains the oxidizable particles 11. This third spray wire 22 is introduced into the melting region 7, where its tip is melted, whereby the oxidizable particles 11 are released, and then together with the melt 8 of the fluid 4th to be transported to the substrate 10. It is understood that a wire feed is also provided for the third spray wire 22. The third spray wire 22 can be supplied energized or de-energized. If the third spray wire 22 is energized, then it can be switched either as a cathode or as an anode. For example, at least one further arc is produced. However, it is also possible to conduct the third spray wire without current, so that it melts only by the heat of the melting range, which is generated by the arc between the two spray wires 2.

Claims (11)

Lichtbogenspritzverfahren zum Herstellen einer dichten Schicht auf einem Substrat, bei welchem an zwei elektrisch leitende Spritzdrähte (2) eine elektrische Spannung angelegt wird, mit welcher ein Lichtbogen (6) zwischen den Spritzdrähten (2) gezündet wird, wobei aus den Spritzdrähten (2) in einem Schmelzbereich (7) eine Schmelze (8) erzeugt wird, wobei die Schmelze (8) mit einem Fluid (4) beaufschlagt wird, welches die Schmelze (8) zu dem Substrat (10) transportiert, wo die Schmelze (8) zur Erzeugung der Schicht (18) abgeschieden wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelze (8) oxidierbare Partikel (11) zugeführt werden, die gemeinsam mit der Schmelze (8) auf dem Substrat (10) abgelagert werden und dass nach Beendigung des Spritzens die oxidierbaren Partikel (11) zum Dichten der Schicht (8) zumindest teilweise oxidiert werden.Arc-spraying method for producing a dense layer on a substrate, in which an electrical voltage is applied to two electrically conductive spray wires (2), with which an arc (6) between the spray wires (2) is ignited, wherein from the spray wires (2) in a melt (8) is produced in a melting region (7), the melt (8) being supplied with a fluid (4) which transports the melt (8) to the substrate (10) where the melt (8) is produced the layer (18) is deposited, characterized in that the melt (8) oxidizable particles (11) are supplied, which are deposited together with the melt (8) on the substrate (10) and that after completion of the spraying, the oxidizable particles (11) are at least partially oxidized to seal the layer (8). Verfahren nach Anspruch 1 bei welchem die oxidierbaren Partikel (11) einen Volumenanteil von 3% bis 20% des Volumens der Schicht (18) einnehmen.Process according to Claim 1, in which the oxidisable particles (11) occupy a volume fraction of from 3% to 20% of the volume of the layer (18). Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem die oxidierbaren Partikel (11) dem Fluid (4) beigemischt werden, bevor das Fluid (4) die Schmelze (8) beaufschlagt.Method according to one of the preceding claims, in which the oxidisable particles (11) are added to the fluid (4) before the fluid (4) acts on the melt (8). Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem die oxidierbaren Partikel (11) der Schmelze (8) zwischen dem Schmelzbereich (7) und dem Substrat (10) beigefügt werden.Method according to one of the preceding claims, wherein the oxidizable particles (11) of the melt (8) between the melting region (7) and the substrate (10) are added. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem die oxidierbaren Partikel (11) Bestandteil zumindest eines Spritzdrahtes (2) sind.Method according to one of the preceding claims, in which the oxidisable particles (11) are part of at least one spray wire (2). Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem ein dritter Spritzdraht (22) vorgesehen ist, welcher die oxidierbaren Partikel (11) enthält.Method according to one of the preceding claims, wherein a third spray wire (22) is provided, which contains the oxidizable particles (11). Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem die oxidierbaren Partikel (11) Eisen oder Zink oder Aluminium oder Magnesium oder Legierungen dieser Elemente enthalten.Method according to one of the preceding claims, in which the oxidisable particles (11) contain iron or zinc or aluminum or magnesium or alloys of these elements. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem die oxidierbaren Partikel (11) mittels Wasser oxidiert werden.Method according to one of the preceding claims, in which the oxidisable particles (11) are oxidized by means of water. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem das Substrat (10) aus Stahl besteht, oder eine Oberfläche aus Stahl aufweist.A method according to any one of the preceding claims, wherein the substrate (10) is made of steel or has a steel surface. Dichte Schicht hergestellt nach einem Verfahren gemäss einem der vorangehenden Ansprüche.Dense layer produced by a process according to one of the preceding claims. Dichte Schicht nach Anspruch 10, welche Druckeigenspannungen aufweist.Dense layer according to claim 10, which has residual compressive stresses.
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