WO2001040544A1 - Formkörper mit imprägnierter schutzschicht - Google Patents

Formkörper mit imprägnierter schutzschicht Download PDF

Info

Publication number
WO2001040544A1
WO2001040544A1 PCT/EP2000/011945 EP0011945W WO0140544A1 WO 2001040544 A1 WO2001040544 A1 WO 2001040544A1 EP 0011945 W EP0011945 W EP 0011945W WO 0140544 A1 WO0140544 A1 WO 0140544A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
layer
pore
plastic
shaped body
infiltrated
Prior art date
Application number
PCT/EP2000/011945
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Heinrich Kuehn
Dietmar Vossberg
Andreas Geiss
Katharina Seitz
Hartmut Hey
Original Assignee
Gotek Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE1999157644 external-priority patent/DE19957644C2/de
Priority claimed from DE10029917A external-priority patent/DE10029917A1/de
Application filed by Gotek Gmbh filed Critical Gotek Gmbh
Publication of WO2001040544A1 publication Critical patent/WO2001040544A1/de

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/02—Pretreatment of the material to be coated, e.g. for coating on selected surface areas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/18—After-treatment

Definitions

  • the invention relates generally to moldings which have a pore-containing outer layer in one or more layers.
  • the invention relates in particular to moldings with thermally sprayed coatings, in particular with metallic, ceramic or other non-metallic layers, which are intended to protect the base body underneath from corrosion by impregnation with a plastic or to electrically insulate the underlying electrically conductive base body.
  • Thermally sprayed functional layers offer considerable possibilities for improving the function of surfaces, for example as corrosion protection or as protection against electrical breakdown. These layers often have, depending on the respective production method, more or less, larger or smaller
  • Pores (DIN 50903), which can be disadvantageous for the respective application.
  • the fine pores of a thermal spray layer can penetrate aggressive substances to the substrate material to be protected and cause corrosion damage there.
  • pores lead to a very high electrical stress on the layer material and possibly to a change in the surface. The changed surface can lead to breakthroughs in the long term.
  • the pore structure depends in particular on the coating material, the spraying process and the process parameters.
  • passive corrosion protection attempts are made to achieve protection by separating the material and the corrosive medium from one another by means of coatings, protective layers and the like.
  • passive corrosion protection of metals a variety of metal-specific processes are used to apply the surface protection layers, e.g. B. anodizing, phosphating, tinning, thermal spraying, electroplating, chemical vapor deposition (CDV), physical vapor deposition (PVD). Part of these methods
  • BESOTiGUNGS OPIE has the disadvantage inherent in the system that the layers applied with it are not 100% sealed, but have small pores or cracks. These can penetrate electrolyte solutions, melts or gases and cause damage. Corrosion resistance can be improved by increasing the layer thickness. In some cases this is possible and useful, in other cases the amount is limited or uneconomical.
  • Another common measure to achieve a certain level of corrosion protection is to apply a more corrosion-resistant (e.g. galvanized) intermediate layer. This measure is expensive, the protective layer (e.g. nickel) is only effective for a limited time due to its limited thickness.
  • Paint with a commercially available paint can quickly wear out due to the stress in operation, so that no permanent protection can be achieved.
  • rollers from so-called “corona systems” may be mentioned as an example.
  • Corona treatment in an air atmosphere changes the surfaces of webs (paper, foil etc.) and other workpieces with the short-circuit sparks of an electrical discharge in the uppermost atomic layers (publication by SOFTAL electronic GmbH, König-Georg-Stieg 1, D 21107 Hamburg: "Corona treatment in practice”).
  • This change e.g. oxidation results from the increase in
  • a corona system essentially consists of a high-frequency generator and an electrode system, which is attached at a defined distance from an earthed carrier roller.
  • Electrode Generator power is discharged via the electrode system onto the surface of the material web to be treated, which passes the corona station between the electrode and the carrier roller.
  • electrode system There are basically two types of electrode systems, the use of which depends on the electrical conductivity of the material web.
  • Metal electrodes are used for non-conductive material webs (e.g. plastic, paper).
  • the conductive carrier roller is provided with a dielectric coating (e.g. silicone, glass fiber fabric or Ceramic), which is indispensable for achieving a uniform, homogeneous spark discharge.
  • the dielectric on the carrier rollers is subject to wear due to mechanical and thermal damage.
  • the frequency of the new coating is, however, decisively influenced by the choice of the dielectric material.
  • Silicone has a strong tendency to stick, which u. a. in film production results in uneven running of the film from the roller. - Silicone shows a strong electrostatic charge on the product webs
  • the high density and the high coating thickness (usually at least 10 mm) of the silicone result in a high inertia and
  • the high dielectric constant especially in comparison to the GRP roller, allows a short electrode gap. This directly results in lower energy consumption.
  • the invention was therefore based on the prior art mentioned the task of providing moldings with improved protective layers.
  • the invention also relates to a process for the production of these moldings, in which a pore-containing layer of a metallic or non-metallic material is applied in one or more layers to the outer surface of a base body, characterized in that at least one layer has a thickness greater than or equal to 0.1 mm and the outer layer of the coated molded body is subsequently infiltrated in a vacuum with a plastic.
  • a pore-containing layer of a metallic or non-metallic material is applied in one or more layers to the outer surface of a base body, characterized in that at least one layer has a thickness greater than or equal to 0.1 mm and the outer layer of the coated molded body is subsequently infiltrated in a vacuum with a plastic.
  • the invention therefore also relates to cylindrical shaped bodies obtainable by this process or by the processes disclosed in the subclaims.
  • the pore-containing layers on the base bodies which are produced in particular by thermal spraying (plasma spraying, arc spraying, flame spraying, high-speed flame spraying (HVOF)), can consist of metal, metal alloys, ceramics, carbide materials, cermets, composites. You can also galvanically or by CVD or PVD (Chemical,
  • Physical Vapor Deposition e.g. B. chrome, nickel, tin or TiN layers.
  • thermally sprayed metallic layers are those made of rust-resistant or acid-resistant steels (DIN EN 10028-1) or the particularly corrosion-resistant so-called special materials (nickel-based alloys, zirconium, titanium, tantalum). Such layers are also sprayed onto rollers for corrosion protection in the plastics and paper industry.
  • the thicknesses of such layers or layers are in the range from 0.01 to 2 mm. Preferred ranges are: 0.1 to 1 mm, particularly preferably 0.1 to 0.4 mm, very particularly preferably 0.2 to 0.25 mm. In addition, all possible
  • the pore volume of such layers can account for 0.1 to 20% of the layer volume.
  • Preferred ranges for the application of the invention are 0.1 to 15%, particularly preferably 5 -15%, very particularly preferably 5 to 10%. All voids are within the
  • Layer thicknesses and pore volumes can be cut using conventional metallographic methods, for example in the metallographic cross section Shaped body, can be determined.
  • the average layer thickness is to be regarded as the layer thickness.
  • the thermally sprayed layer must be infiltrated with a plastic suitable for the respective application and resistant to the attacking corrosion medium in such a way that sufficient tightness against penetrating electrolyte liquids is achieved.
  • Another option is to apply a polymer that is low viscosity with or without heating.
  • the invention therefore also relates to the use of plastics, preferably polymerizable synthetic resins as described above, for infiltrating the coating of moldings, in particular rollers, which have a pore-containing layer, in particular a thermal spray layer, for. B. have a plasma spray layer.
  • the infiltration takes place under vacuum, preferably at pressures in the range from 1 to 200 mbar abs., Preferably 1-20 mbar, particularly preferably 1-5 mbar.
  • the lowest pressure at which the infiltration takes place can be determined by the vapor pressure of one or more components involved, depending on the plastic or plastic system used. Simultaneous heating, preferably to temperatures in the range from 120 to 160 ° C, accelerates the polymerization. Vinyl toluene and styrene are advantageous as reactive diluents because of their relatively low vapor pressure of approx. 1 mbar at 7 ° C.
  • the molded body can be rotatably supported in a heatable vacuum chamber.
  • the vacuum chamber is then filled with synthetic resin to such an extent that the molded body is completely or partially immersed in the resin.
  • the molded body can be sprayed with the synthetic resin in the vacuum chamber, or coated using a nozzle-rakba unit.
  • a technically sensible lower limit is 0.001 mbar abs., An area that is easily accessible with rotary vane pumps.
  • the tightness is advantageously increased by subsequently applying an excess pressure, preferably in the range from 1 to 10 bar, for the effective filling of small pores.
  • the resin is fixed in the gap by curing z. More colorful
  • the synthetic resin should react to internal crosslinking, clinging to the material of the spray layer and complete sealing of the pores from a practical point of view, either volume-neutral or slightly increasing in volume.
  • the base body of the roller is preferably made of fiber-reinforced
  • the roller can be smooth, turned and / or ground. Its outer surface can be cylindrical or barrel-shaped.
  • the layer thickness of the at least one ceramic-containing layer (hereinafter referred to as layer) is preferably greater than or equal to 0.5 mm for purposes of electrical insulation, and is particularly preferably in the range from 0.8 to 1.5 mm.
  • the layer preferably consists essentially, that is to say more than 50, preferably more than 80, particularly preferably more than 90% by weight, of electrically insulating ceramic materials.
  • the layer is likewise particularly preferably infiltrated with an electro-insulating medium with likewise very good dielectric properties and thereby closed dielectric.
  • electrically insulating ceramic materials which can also consist of several components, are fusible insulating ceramics such as aluminum oxide, zirconium oxide, spinels of aluminum oxide and preferably mullite.
  • the applied layer is advantageously cooled during the plasma spraying in the immediate vicinity of the coating point, preferably with liquid or finely crystalline CO 2 .
  • the layer is advantageously infiltrated (impregnated) with a polymerizable synthetic resin, preferably electrical insulating or impregnating resin, particularly preferably polyesterimide or epoxy resin, in a vacuum-printing process in such a way that as far as possible no air-filled spaces remain within the layer
  • the base body is preferably made of metal, usually steel, stainless steel, aluminum or a combination.
  • the base body can be smooth, turned and / or ground. Its outer surface can be of any shape (cylindrical, truncated cone, coil, barrel or trough-shaped), preferably rotationally symmetrical.
  • the layer thickness of the at least one ceramic or metal-containing layer (hereinafter referred to as layer) is greater than 0.01, preferably greater than or equal to 0.1 mm, and is particularly preferably in the range from 0.2 to 0.4 mm.
  • the layer preferably consists essentially, that is to say more than 50, preferably more than 80, particularly preferably more than 90% by weight, of an inorganic material.
  • the layer is also particularly preferably infiltrated with a synthetic resin and thereby sealed.
  • Corrosion-resistant materials which can also consist of several components, are all corrosion-resistant metals and metal alloys, chromium oxide, aluminum oxide, zirconium oxide, spinels in addition to the materials already mentioned
  • Aluminum oxides and aluminum titanate are Aluminum oxides and aluminum titanate.
  • Aluminum titanate in the sense of the invention is an aluminum oxide-titanium oxide compound which is obtained from melts, mainly containing Al 2 O 3 with 60 or more than 60% by weight (data always in% by weight, unless otherwise stated) and Ti0 2 with 3 to 40 wt .-%.
  • Preferred compositions contain 3, 13 or 40% Ti0 2 ..
  • the layer can be applied by means of plasma spraying, arc spraying, flame spraying,
  • High-speed flame spraying can be carried out with commercially available devices.
  • the corrosion-resistant material is sprayed on in one or more layers on the surface of the rotating molded body, which is preferably roughened by sandblasting.
  • a special embodiment of the impregnation according to the invention has the following, successive steps:
  • a suitable low viscosity can be set by solvents or by choosing the temperature.
  • the surface can be exposed to gas (air, nitrogen) at a pressure of 2 to preferably 20 bar abs., particularly preferably 4 to 7 bar abs. respectively. The excess amount of resin is preferably removed by dripping while rotating the molded body.
  • the infiltration can be followed by a step of physical or chemical processing by removing synthetic resin on the surface as far as the use of the functional surface requires.
  • Figure 1 a schematic process flow diagram of the invention
  • FIG. 2 a method for applying a plasma spray layer and a special embodiment of the method according to the invention using a roller shown in perspective;
  • Figure 3 a three-dimensional section of a obtained, coated
  • FIG. 4 a metallographic cross section through a layer infiltrated according to the invention
  • FIG. 5 a metallographic cross section through a layer that
  • FIG. 1 shows, as a shaped body according to the invention, a roller 14 with a hollow cylindrical base body 1 (see also FIGS. 2 and 3) which rotates about its longitudinal axis (arrow 7).
  • the surface 2 of the base body 1 is sandblasted and has a roughness 6 (detail “X”) corresponding to Rz according to DIN 4768 of 20-50 ⁇ m.
  • the vacuum infiltration process is shown schematically in FIG. 1:
  • the roller 14 with the hollow cylindrical base body f is rotatably arranged on bearings 16.
  • the chamber 15 has an inlet 17 and an outlet 18 for supplying or discharging the plastic used for infiltration, in particular the polymerizable synthetic resin 19, which can be fed from a reservoir 20 to the chamber 15 by means of pumps 21.
  • Evacuation takes place by means of a vacuum pump 22, which can also be controlled via a first pressure indicator 23.
  • a compressor 24 which can be controlled by a second pressure indicator 25, the chamber 15 can be pressurized with or without filling (“after”) with resin by means of gas (eg air, nitrogen).
  • gas eg air, nitrogen
  • the method according to the invention can be carried out as follows:
  • the plasma-sprayed roller 14 is installed in the chamber 15.
  • roller 14 is set in rotation, so that its surface 2 is completely wetted with the synthetic resin 19 (this can be omitted if it is completely covered).
  • the roller can also be arranged vertically in a chamber.
  • the chamber must be flooded accordingly or the resin must be sprayed on laterally, as described below by way of example.
  • the coating process for applying the plasma spray layer is shown schematically in FIG. 2: by means of a plasma torch 5 which is equipped with a
  • Feed device 8 is moved parallel to the longitudinal axis of the rotating base body 1, ceramic powder 3 is sprayed from a powder metering device 10 onto the sandblasted surface 2 in one operation.
  • the resulting layer 9 is cooled via a cooling device 11 by means of fine crystalline CO 2 removed from the liquid phase and thus formed during the expansion.
  • the environment of layer 9 in the example is reduced to 3 mbar abs. evacuated and infiltrated, for example, by means of nozzles 12 with a polymerizable synthetic resin, preferably a highly viscous base resin, which in the experiment consisted of unsaturated polyester imide and a reactive thinner vinyl toluene.
  • the layer 9 is partially exposed, so that the finished layer 4 has a surface proportion of ceramic material 13 of at least 30% of the geometric surface.
  • the grinding is particularly advantageously carried out with well-cutting SiC cutting bodies on grinding belts, the cutting speed being selected so that there is no smearing or burning of the synthetic resin.
  • a vacuum / pressure-impregnated roller produced in this way with a mullite layer of 1.2 mm was subjected to a typical corona discharge (for example 5 kV) while rotating, the roller body not being subjected to any forced cooling.
  • a coated hollow cylinder made of steel with a diameter of 250 mm and a length of 400 mm was used as a sample.
  • the layer was created using plasma spraying and consists of approx. 200 ⁇ m chromium oxide.
  • the layer was vacuum / pressure impregnated as described above.
  • the sample was then tested for 30 days in accordance with DIN 50021 at 35 C in a salt spray. The sample showed no corrosion at the coated areas.
  • a sample without the vacuum / pressure impregnation showed initial signs of corrosion after a few days despite an existing corrosion-inhibiting intermediate layer made of nickel-chromium 80/20% (by weight).

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Formkörper, aufweisend einen Grundkörper (1), auf dem mindestens eine porenhaltige Schicht (9) aus einem metallischen oder nichtmetallischen Werkstoff in einer oder mehreren Lagen aufgebracht ist und die den Grundkörper (1) ganz oder teilweise bedeckt, erhältlich dadurch, daß man mindestens eine Lage in einer Dicke größer gleich 0,1 mm aufbringt und die erhaltene mindestens eine porenhaltige Schicht (9) nachfolgend im Vakuum mindestens teilweise mit einem Kunststoff infiltriert. Der so erhaltene Formkörper, z.B. eine beschichtete Walze, hat gegenüber den herkömmlichen beschichteten Formkörpern eine überlegene Beständigkeit gegen Korrosion und elektrischen Durchshlag.

Description

Formkörper mit imprägnierter Schutzschicht
Beschreibung
Die Erfindung betrifft generell Formkörper, die eine porenhaltige, äußere Schicht in ein oder mehreren Lagen aufweisen. Die Erfindung betrifft insbesondere Formkörper mit thermisch gespritzten Beschichtungen, insbesondere mit metallischen, keramischen oder anderen nichtmetallischen Schichten, die den darunter befindlichen Grundkörper durch Imprägnierung mit einem Kunststoff vor Korrosion schützen oder den darunter befindlichen elektrisch leitenden Grundkörper elektrisch isolieren sollen.
Thermisch gespritzte Funktionsschichten bieten beachtliche Möglichkeiten zur Funktionsverbesserung von Oberflächen, beispielsweise als Korrosionsschutz oder als Schutz vor elektrischem Durchschlag. Häufig weisen diese Schichten, abhängig von der jeweiligen Herstellungsmethode, mehr oder weniger, größere oder kleinere
Poren (DIN 50903) auf, die für den jeweiligen Einsatzzweck von Nachteil sein können. Z. B. können durch die feinen Poren einer thermischen Spritzschicht aggressive Substanzen zum zu schützenden Substratmaterial durchdringen und dort Korrosionsschäden verursachen. Im Fall, daß die Schicht als Schutz gegen elektrische Durchschläge eingesetzt werden soll, führen Poren zu einer punktuell sehr hohen elektrischen Belastung des Schichtmaterials und eventuell zu einer Veränderung der Oberfläche. Die veränderte Oberfläche kann langfristig zu Durchschlägen führen. Die Porenstruktur hängt insbesondere vom Beschichtungsmaterial, vom Spritzverfahren und den Verfahrensparametern ab.
Beim sogenannten passiven Korrosionsschutz wird versucht, einen Schutz dadurch zu erreichen, daß Werkstoff und korrosives Medium durch Überzüge, Schutzschichten und dergleichen voneinander getrennt werden. Im passiven Korrosionsschutz von Metallen zieht man eine Vielzahl metallspezifischer Verfahren heran, um die Oberflächenschutzschichten aufzubringen, z. B. Eloxieren, Phosphatieren, Verzinnen, thermische Spritzverfahren, Galvanotechnik, Chemical vapor deposition (CDV), Physical vapor deposition (PVD). Ein Teil dieser Methoden
BESOTiGUNGS OPIE hat den systemimmanenten Nachteil, daß die damit aufgebrachten Schichten nicht hundertprozentig dicht sind, sondern kleine Poren oder Risse aufweisen. Durch diese können Elektrolytlösungen, Schmelzen oder Gase eindringen und Schäden hervorrufen. Eine Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit kann durch Erhöhung der Schichtdicke erzielt werden. In manchen Fällen ist dies möglich und sinnvoll, in anderen Fällen ist die Höhe begrenzt oder unwirtschaftlich. Eine andere übliche Maßnahme, einen bestimmten Korrosionsschutz zu erreichen, ist die Aufbringung einer besser korrosionsbeständigen (z. B. galvanisierten) Zwischenschicht. Diese Maßnahme ist teuer, die Schutzschicht (z. B. Nickel) ist entsprechend ihrer begrenzten Dicke nur zeitlich begrenzt wirksam. Eine zusätzliche, oberflächliche
Lackierung mit einem handelsüblichen Lack kann durch die Beanspruchung im Betrieb schnell abgenutzt werden, so daß damit kein dauerhafter Schutz zu erzielen ist.
Für den zweiten Fall, Schutz vor elektrischem Durchschlag, seien als Beispiel Walzen aus sogenannten „Korona-Anlagen" genannt. Mit einer sogenannten
Korona-Behandlung in Luftatmosphäre werden Oberflächen von Bahnen (Papier, Folie etc.) und anderen Werkstücken mit den Kurzschlußfunken einer elektrischen Entladung in den obersten Atomlagen verändert (Veröffentlichung der SOFTAL electronic GmbH, König-Georg-Stieg 1 , D 21107 Hamburg: "Koronabehandlung in der Praxis"). Diese Veränderung (z. B. Oxidation) führt aufgrund der Zunahme der
Oberflächenenergie (Hydrophilierung) zu einer verbesserten Benetzbarkeit durch Flüssigkeiten und zu einer Verbesserung der Haftung von Beschichtungen (Klebern, Farben, Lacken etc.). Eine Korona-Anlage besteht im wesentlichen aus einem Hochfrequenzgenerator sowie einem Elektrodensystem, welches in einem definierten Abstand, zu einer geerdeten Trägerwalze angebracht ist. Die
Generatorleistung wird über das Elektrodensystem auf die Oberfläche der zu behandelnden Materialbahn entladen, welche die Korona-Station zwischen Elektrode und Trägerwalze passiert. Bei den Eiektrodensystemen unterscheidet man grundsätzlich 2 Varianten, deren Einsatz von der elektrischen Leitfähigkeit der Materialbahn abhängt. Für nichtleitende Materialbahnen (z. B. Kunststoff, Papier) werden Metallelektroden eingesetzt. Die leitfähige Trägerwalze ist bei dieser Variante mit einer dielektrischen Beschichtung (z. B. Silikon, Glasfasergewebe oder Keramik) ummantelt, welches zur Erlangung einer gleichmäßigen, homogenen Funkenentladung unerläßlich ist.
Das Dielektrikum auf den Trägerwalzen unterliegt einem Verschleiß durch mechanische und thermische Beschädigungen. Die Häufigkeit der Neubeschichtung wird jedoch durch die Wahl des dielektrischen Werkstoffs entscheidend beeinflußt.
Hierfür stehen jm wesentlichen drei Werkstoffe, nämlich Aluminiumoxid, Glasfaserverbundwerkstoff und Silikongummi, zur Auswahl. Andere Dielektrika haben sich in der Praxis als ungeeignet erwiesen.
Aluminiumoxid ist nach dem heutigen Stand der am häufigsten angewendete keramische Werkstoff auf Grund der hohen Oberflächenhärte und des ebenfalls hohen Dielektrizitätsfaktors. Das Aluminiumoxid wird bevorzugt durch Thermisches Spritzen in Schichtdicken bis 2 mm aufgetragen. Diese Lösung hat jedoch den Nachteil, daß die Aluminiumoxidbeschichtung, bedingt durch die Restporosität, Kanäle bis zum Grundkörper aufweist. Mit dünnflüssigen, lösungsmittelhaltigen Harzaufbereitungen kann diese Restporosität oberflächlich nach bekannten
Methoden aus der Lackiertechnik geschlossen und somit eine dielektrische Eigenschaft erreicht werden. Im Betrieb jedoch kann dieser nur an der Oberfläche dichtende Harzaufbereitungsfiim infolge von Teiientladungen und Wärmeeinwirkung in den tiefer liegenden, nicht verschlossenen Poren wieder punktuell geöffnet werden. Dies führt zwangsläufig zum punktuellen Verlust der dielektrischen
Eigenschaften, zu Schäden an der Materialbahn und damit zu einem Ausfall der Koronawalze.
Daher werden heute aus Kosten- und Herstellungsgründen, vor allem bei Trägerwalzen mit großer Ballenbreite, Silikongummi und GFK zur Beschichtung verwendet. Diese Beschichtungen können erhebliche Nachteile in der Produktion haben :
Beide sind nicht schnittfest, bei Einschnitten ist die Durchschlagsfestigkeit analog zur Aluminiumoxidbeschichtung nicht mehr gewährleistet und die gratartigen Ränder des Schnittes beschädigen das Produkt (z. B. Folie, Papier etc.) bzw. führen zu sogenannten Rückseiteneffekten an den nichtleitenden Materialbahnen.
Silikon hat eine starke Haftneigung, die u. a. in der Folienproduktion ungleichmäßiges Ablaufen der Folie von der Walze zur Folge hat. - Silikon zeigt eine starke elektrostatische Aufladung der Produktbahnen
(u. a. bei Folien), die u. U. auch zu Rückseiteneffekten führt. Beide haben eine niedrige Standzeit. Dadurch sind häufige Maschinenstillstände notwendig.
Aus der hohen Dichte und der hohen Beschichtungsdicke (in der Regel mindestens 10 mm) des Silikons resultiert eine hohe Massenträgheit und
Geometrieveränderung der Walze, was ebenfalls in der Folge größer dimensionierte Antriebe und Lagerungen bedeutet.
Die insbesondere im Vergleich zur GFK-Walze hohe Dielektrizitätskonstante erlaubt einen kurzen Elektrodenabstand. Daraus leitet sich direkt ein geringerer Energieverbrauch ab.
Der Erfindung lag daher vor dem genannten Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, Formkörper mit verbesserten Schutzschichten bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Formkörper der eingangs genannten Art gelöst, der dadurch erhältlich ist, daß man mindestens eine Lage in einer Dicke größer gleich 0,1 mm aufbringt und die erhaltene mindestens eine porenhaltige Schicht nachfolgend im Vakuum mit einem Kunststoff infiltriert.
Gegenstand der Erfindung ist daher ein Formkörper gemäß Anspruch 1.
Gegenstand der Erfindung ist ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung dieser Formkörper, bei denen auf die äußere Oberfläche eines Grundkörpers eine porenhaltige Schicht aus einem metallischen oder nichtmetallischem Werkstoff in ein oder mehreren Lagen aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß man mindestens eine Lage in einer Dicke größer gleich 0,1 mm aufbringt und die äußere Schicht des beschichteten Formkörpers nachfolgend im Vakuum mit einem Kunststoff infiltriert. Es können auch einzelne oder mehrere der in den Unteransprüchen oder Nebenansprüchen offenbarten Merkmale in beliebiger Kombination mit den Merkmalen des Hauptanspruchs erfinderische Lösungen der Aufgabe darstellen.
Gegenstand der Erfindung sind daher ebenfalls walzenförmige Formkörper erhältlich nach diesem oder den in den Unteransprüchen offenbarten Verfahren.
Die porenhaltigen Schichten auf den Grundkörpern, die insbesondere durch thermisches Spritzen (Plasmaspritzen, Lichtbogenspritzen, Flammspritzen, Hochgeschwindigkeitsflammspritzen (HVOF)) hergestellt sind, können aus Metall, Metallegierungen, Keramik, karbidischen Werkstoffen, Cermets, Composites bestehen. Sie können aber auch galvanisch oder durch CVD oder PVD (Chemical ,
Physical Vapour Deposition) abgeschieden sein, z. B. Chrom-, Nickel-, Zinn- oder TiN- Schichten. Als Beispiel für thermisch gespritzte metallische Schichten sind solche aus rost- oder säurebeständigen Stählen (DIN EN 10028-1 ) oder den besonders korrosionsbeständigen sogenannten Sonderwerkstoffen (Nickel- Basislegierungen, Zirkonium, Titan, Tantal) zu nennen. Solche Schichten sind auch auf Walzen zum Korrosionsschutz in der Kunststoff- und Papier-Industrie aufgespritzt.
Die Dicken solcher Schichten oder Lagen liegen im Bereich von 0,01 bis 2 mm. Bevorzugte Bereiche sind: 0,1 bis 1 mm, besonders bevorzugt 0,1 bis 0,4 mm, ganz besonders bevorzugt 0,2 bis 0,25 mm. Daneben sollen auch sämtliche möglichen
Bereiche innerhalb 0,01 bis 2 mm als offenbart gelten.
Das Porenvolumen derartiger Schichten kann einen Anteil von 0,1 bis 20 % des Schichtvolumens ausmachen. Bevorzugte Bereiche für die Anwendung der Erfindung sind 0,1 bis 15 %, besonders bevorzugt 5 -15 %, ganz besonders bevorzugt 5 bis 10 %. Als Poren sind hierbei sämtliche Hohlräume innerhalb der
Schicht anzusehen, die von der umgebenden Atmosphäre her zugänglich sind, also auch Risse, unabhängig davon, ob sie bis zum Grundkörper durchgehen oder nicht.
Schichtdicken und Porenvoiumen können mit gängigen metallographischen Methoden, beispielsweise im metallographischen Querschliff am aufgeschnittenen Formkörper, bestimmt werden. Als Schichtdicke ist die mittlere Schichtdicke anzusehen.
Als Formkörper kommen in Frage: Walzen, Rollen, Wellen, Lagersitze, Getriebewellen, Schonhülsen, Kolbenstangen, Galetten, Spulen, Kegel, Wannen, Bleche und sonstige gängige Formteile.
Zum Zwecke des Korrosionsschutzes muß die thermisch gespritzte Schicht mit einem für die jeweilige Anwendung geeigneten und gegen das angreifende Korrosionsmedium beständigen Kunststoff so infiltriert werden, daß ausreichende Dichtheit gegen eindringende Elektrolytflüssigkeiten erreicht wird.
Vorteilhafterweise ist bzw. wird die Schicht im Mittel zu mindestens 20 % der mittleren Schichtdicke infiltriert. Bevorzugt ist bzw. wird sie zu mindestens 25 %, besonders bevorzugt zu mindestens 35 % und ganz besonders bevorzugt zu mindestens 50 % infiltriert.
Kunststoffe im Sinne der Erfindung sind solche Materialien, deren wesentliche Bestandteile aus makromolekularen organischen Verbindungen bestehen, die synthetisiert oder durch Abwandeln von Naturprodukten entstehen. Ebenso gemeint sind die Monomere der jeweiligen Polymere, die durch eine in-situ-Polymerisation in ein Polymer umgewandelt werden können.
Mögliche Kunststoffe:
• Monomere von Ethylen, Propylen, Buten, Butadien, Styrol, Tetrafluorethylen
* Polymere: PVC, Poiyacrylnitril, Polyvinylalkohol, Polyvinylacetat,
Polymethylacrylat, Polymethylmethacryiat, Polyester, Polyamid, Polycarbonat, Phenolformaldehyd, Polyurethan, Epoxide von Ethylenoxid, Silikon, und Silan,
» Naturprodukte: Schellack, Gummilösung,
• Epoxidharze Besonders günstig für den Infiltrationsvorgang ist es, wenn zumindest ein Teil der Poren mit einer poiymerisierbaren Flüssigkeit gefüllt wird, die unter den entsprechenden Bedingungen, ein Polymer bildet.
Eine andere Möglichkeit ist das Aufbringen eines mit oder ohne Erwärmung niedrig viskosen Polymers.
Weitere Möglichkeiten sind das Aufbringen eines flüssigen Monomers, das in der Schicht durch Einsatz eines Katalysators mit erhöhter Temperatur oder Einsatz von UV-Licht polymerisiert, oder das Aufbringen eines gelösten Polymers oder einer Polymerdispersion.
Besonders bevorzugt ist die Infiltration mit poiymerisierbaren Kunstharzen.
Polymerisierbare Kunstharze im Sinne der Erfindung sind solche synthetischen Kunststoffe (vgi. Hans Domininghaus: Die Kunststoffe und ihre Eigenschaften, VDI- Verlag GmbH, Düsseldorf 1986), die näherungsweise unter Volumenkonstanz polymerisieren. Es eignen sich elektrisch isolierende Kunstharze, vorzugsweise Epoxid- und/oder Polyesterharze, insbesondere sogenannte Elektroisolierharze, wie sie im Elektromaschinenbau verwendet werden. Solche Harze sind beispielsweise unter den Handelsnamen Dobeckan® von der Fa. BASF Lacke + Farben AG, D- 20539 Hamburg-Rothenburgsort oder Araldit-Imprägnierharzsystem® von Ciba Spezialitätenchemie erhältlich. Da die entsprechenden Grundharze vielfach fest oder sehr hochviskos sind, werden sie häufig in einem Reaktivverdünner gelöst und/oder erwärmt. Als Reaktiwerdünner kann beispielsweise Vinyltoluol verwendet werden, welches aufgrund seiner reaktiven Doppelbindung mit in den entstehenden Formstoff einreagiert. Die Polymerisation wird durch Wärmeeinwirkung begonnen und läuft als schnelle Kettenreaktion ab, bis ein dreidimensional vernetzter Formstoff entstanden ist. Vorteilhaft an diesem System ist, daß in den Poren der Schicht keine
Gasentwicklung stattfindet, die durch Schwinden zu Hohlräumen oder Blasen in der imprägnierschicht oder durch Volumenzunahme zu Rissen in der Keramikschicht führen könnte. Selbstverständlich kann bei entsprechenden Kunststoffen die Polymerisation auch durch Einwirkung ven Licht (UV) initiiert werden. Gegenstand der Erfindung ist daher ebenfalls die Verwendung von Kunststoffen, bevorzugt von poiymerisierbaren Kunstharzen wie vorstehend beschrieben, zur Infiltration der Beschichtung von Formkörpern, insbesondere Walzen, die eine porenhaltige Schicht, insbesondere eine thermische Spritzschicht, z. B. eine Plasmaspritzschicht aufweisen.
Erfindungsgemäß findet die Infiltration unter Vakuum statt, vorzugsweise bei Drücken aus dem Bereich von 1 -200 mbar abs., bevorzugt 1-20 mbar, besonders bevorzugt 1-5 mbar. Der unterste Druck, bei dem die Infiltration stattfindet kann je nach verwendetem Kunststoff bzw. Kunststoffsystem durch den Dampfdruck einer oder mehrerer beteiligter Komponenten bestimmt sein. Gleichzeitiges Aufheizen, vorzugsweise auf Temperaturen aus dem Bereich von 120 bis 160 °C, beschleunigt die Polymerisation. Als Reaktiwerdünner sind Vinyltoluol und Styrol aufgrund ihres relativ niedrigen Dampfdruckes von ca. 1 mbar bei 7 °C vorteilhaft. Zur Vakuuminfiltration kann der Formkörper in einer beheizbaren Vakuumkammer drehbar gelagert werden. Die Vakuumkammer wird dann so weit mit Kunstharz gefüllt, daß der Formkörper ganz oder teilweise in das Harz eintaucht. Der Formkörper kann aber auch alternativ in der Vakuumkammer mit dem Kunstharz besprüht, oder über eine Düsen-Rakei-Einheit beschichtet werden. Es ist vorteilhaft, die Vakuumkammer vor dem Beschichten mit Harz auf erheblich kleinere Drücke als 1 mbar zu evakuieren, um möglichst viel Gas aus den Poren der Schicht zu entfernen. Eine technisch sinnvolle Untergrenze ist 0,001 mbar abs., ein Bereich, der mit Drehschieberpumpen ieicht erreichbar ist. Die Dichtheit wird vorteilhafterweise erhöht durch anschließendes Aufbringen eines Überdruckes, vorzugsweise aus dem Bereich von 1 bis 10 bar, zur wirksamen Befüllung kleiner Poren. Die Fixierung des Kunstharzes im Spalt erfolgt durch Aushärtung z. B. unter
Temperatur- oder UV-Einwirkung. Das Kunstharz sollte während dieses Schrittes zur inneren Vernetzung, Verklammerung mit dem Material der Spritzschicht und vollständigen Abdichtung der Poren unter praktischen Gesichtspunkten volumenneutral oder ieicht volumenvergrößernd reagieren.
Bei Walzen ist der Wal∑engrundkörper vorzugsweise aus faserverstärktem
Kunststoff oder Metall, üblicherweise Stahl, Edelstahl, Aluminium , glas- oder kohlenstoffaserverstärktem Kunststoff oder aus einer Kombination aus diesen Werkstoffen. Die Walze kann glatt sein, gedreht und/oder geschliffen. Ihre äußere Oberfläche kann zylindrisch oder tonnenförmig gestaltet sein. Die Schichtdicke der mindestens einen keramikhaltigen Schicht (im folgenden Schicht genannt) ist für Zwecke der elektrischen Isolierung bevorzugt größer gleich 0,5 mm, sie liegt besonders bevorzugt im Bereich von 0,8 bis 1 ,5 mm. Bevorzugt besteht die Schicht im wesentlichen, das heißt zu mehr als 50, bevorzugt zu mehr als 80, besonders bevorzugt zu mehr als 90 Gew.-%, aus elektrisch isolierenden keramischen Werkstoffen. Ebenfalls besonders bevorzugt ist die Schicht mit einem Elektroisoiiermedium mit ebenfalls sehr guten Dielektrizitätseigenschaften infiltriert und dadurch dielektrisch verschlossen. Elektrisch isolierende keramische Werkstoffe, die auch aus mehreren Komponenten bestehen können, sind im Sinne der Erfindung schmelzbare Isolierkeramiken wie Aiuminiumoxid, Zirkonoxid, Spinelle des Aluminiumoxides und bevorzugt Mullit.
Mullit im Sinne der Erfindung ist eine Aiuminiumoxid - Siliziumoxid Verbindung, die aus Schmelzen gewonnen wird, hauptsächlich enthaltend AI2O3 mit 50 oder mehr als 50 Gew.-% (Angaben stets in Gew.-%, falls nicht anders angegeben) und Si02 mit 20 oder mehr als 20 Gew.-%. Bevorzugte Zusammensetzungen enthalten mehr als 25 % Si02 und weniger als 75 % Al203. Das Aufbringen der Schicht kann mitteis Plasmaspritzen mit handelsüblichen Ein- oder Mehrelektrodenbrennern durchgeführt werden. Auf die Oberfläche der rotierenden zylindrischen Grundwaize, die vorzugsweise durch Sandstrahlen aufgerauht ist, wird der elektrisch isolierende keramische Werkstoff ein- oder mehrlagig aufgespritzt.
Entsprechendes gilt sinngemäß auch für alle anderen Formkörper.
Will man die einzelnen Lagen der Schichten in möglichst großer Dicke , vorzugsweise größer gleich 0,1 mm herstellen, so kann das beim thermischen Spritzen, spezieil beim Plasmaspritzen, dadurch erreicht werden, daß man bei konstanter Menge an zugeführtem Spritzpulver die Relativgeschwindigkeit des Brenners bezogen auf das Substrat vermindert. Dies hat jedoch zur Folge, daß sich die Substratoberfläche - mit oder ohne bereits aufgetragener Schicht - stärker erwärmt, was wiederum aufgrund der stärkeren Wärmeausdehnung zur Folge hat, daß sich die Schicht bzw. Lage beim späteren Abkühlen ablösen kann. Dieser Effekt nimmt mit der Dicke der Lage zu, besonders bei Dicken größer gleich 0,4 mm. Daher wird vorteilhafter weise die aufgetragene Schicht während des Plasmaspritzens in unmittelbarer Nähe des Beschichtungspunktes gekühlt, vorzugsweise mit flüssigem oder feinkristallinem C02. Diese Behandlung hat neben dem Kühleffekt noch einen hervorragenden Reinigungseffekt. Anschließend wird mit Vorteil eine Infiltrierung (Imprägnierung) der Schicht mit einem poiymerisierbaren Kunstharz, bevorzugt Elektroisolier- bzw. Imprägnierharz, besonders bevorzugt Polyesterimid- oder Epoxidharz im Vakuum-Druck-Verfahren so erfolgen, daß möglichst keine luftgefüllten Räume innerhalb der Schicht verbleiben, um
Teilentladungsvorgänge oder Eindringen von Elektrolytflüssigkeit und damit Zerstörungen zu vermeiden. Anschließend erfolgt ein Härte- oder Polymerisationsschritt unter erhöhter Temperatur, bei dem eine volumenneutrale oder -vergrößernde innere Vernetzung und mechanische Verklammerung in der Schicht erfolgt. Dabei darf die Funktionalität nicht verloren gehen. Daran kann sich eine mechanische Bearbeitung anschließen, derart, daß man von der Oberfläche so lange Harz bzw. Harz und keramischen Werkstoff vorzugsweise ohne wässerige Schleifzusätze, besonders vorteilhaft mit Schleifvliesen oder -bändern abschleift, bis die Spitzen des keramischen Werkstoffs ganz oder teilweise entfernt sind und eine Oberfläche entsteht, die einen Fiächenanteil des keramischen Werkstoffs von mindestens 30 % der geometrischen Oberfläche aufweist. Bevorzugte Flächenanteiie an keramischem Werkstoff betragen 30 - 70 %.
Bei korrosionsgeschützten Formkörpern ist der Grundkörper vorzugsweise aus Metall, üblicherweise Stahl, Edelstahl, Aluminium oder aus einer Kombination. Der Grundkörper kann glatt sein, gedreht und/oder geschliffen. Seine äußere Oberfläche kann beliebig (zylindrisch, kegelstumpf-, spulen-, tonnen- oder wannenförmig), bevorzugt rotationssymmetrisch gestaltet sein. Die Schichtdicke der mindestens einen keramik- oder metallhaltigen Schicht (im folgenden Schicht genannt) ist größer als 0,01 bevorzugt größer gleich 0,1 mm, sie liegt besonders bevorzugt im Bereich von 0,2 bis 0,4 mm. Bevorzugt besteht die Schicht im wesentlichen, das heißt zu mehr als 50, bevorzugt zu mehr als 80, besonders bevorzugt zu mehr als 90 Gew.- %, aus einem anorganischem Material. Ebenfalls besonders bevorzugt ist die Schicht mit einem Kunstharz infiltriert und dadurch dicht verschlossen. Korrosionsbeständige Werkstoffe, die auch aus mehreren Komponenten bestehen können, sind im Sinne der Er indung neben den bereits genannten Werkstoffen alle korrosionsbeständigen Metalle und Metallegierungen, Chromoxid, Aiuminiumoxid, Zirkonoxid, Spinelle des
Aluminiumoxides und Aluminiumtitanat.
Aluminiumtitanat im Sinne der Erfindung ist eine Aiuminiumoxid - Titanoxid- Verbindung, die aus Schmelzen gewonnen wird, hauptsächlich enthaltend Al203 mit 60 oder mehr als 60 Gew.-% (Angaben stets in Gew.-%, falls nicht anders angegeben) und Ti02 mit 3 bis 40 Gew.-%. Bevorzugte Zusammensetzungen enthalten 3, 13 oder 40% Ti02.. Das Aufbringen der Schicht kann mittels Plasmaspritzen, Lichtbogenspritzen, Flammspritzen,
Hochgeschwindigkeitsflammspritzen mit handelsüblichen Geräten durchgeführt werden. Auf die Oberfläche des rotierenden Formkörpers, der vorzugsweise durch Sandstrahlen aufgerauht ist, wird der korrosionsbeständige Werkstoff ein- oder mehrlagig aufgespritzt.
Eine besondere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Imprägnierung weist folgende, aufeinander folgende Schritte auf :
a) In situ Schutz der fertiggestellten, vorzugsweise thermisch gespritzten Schicht durch Einschweißung in Folie zur Verhinderung von Wassereintrag und
Kontamination durch Fremdpartikel.
b) Aufheizen des Formkörpers und gleichzeitiges Setzen unter Vakuum, 1-200 mbar abs., bevorzugt 1-20 mbar abs., besonders bevorzugt 1-5 mbar abs., bis ein stabiler (trockener) Zustand erreicht ist.
c) Tauchen in oder Beschichten (Träufeln) mit Elektroisolier- bzw. - imprägnierharz, bevorzugt besonders vakuumtaugiiche Polyesterimid- oder Epoxidharzaufbereitungen und deren Mischungen. Eine geeignet nieαrige Viskosität kann durch Lösemittel oder Wahl der Temperatur eingestellt werden. d) Nach vollständiger Tauchung bzw. Beschichtung kann eine Beaufschlagung der Oberfläche mit Gas (Luft, Stickstoff) bei einem Druck, von 2 bis bevorzugt 20 bar abs., besonders bevorzugt 4 bis 7 bar abs. erfolgen. Die überschüssige Harzmenge wird bevorzugt bei drehender Bewegung des Formkörpers durch Abtropfen entfernt.
e) Aushärtung bzw. Polymerisation bei entsprechender harzspezifisch erhöhter Temperatur.
Durch diese Verfahrensweise wird eine gute, d. h. schwind- und blasenfreie (volumenneutrale) Infiltrierung der Schicht erreicht.
An die Infiltration (Imprägnierung) kann sich ein Schritt der physikalischen oder chemischen Bearbeitung anschließen, indem an der Oberfläche befindliches Kunstharz so weit entfernt wird, wie es der Einsatz der Funktionsoberfläche erfordert.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren 1 bis 5 beispielhaft erläutert. Weiter wird ein Beispiel zur Funktionsweise offenbart. Eine Beschränkung in irgendeiner Weise ist dadurch nicht beabsichtigt.
Es zeigt :
Figur 1 : ein schematisches Verfahrensfließbild des erfindungsgemäßen
Vakuuminfiltrierungsverfahrens; Figur 2: ein Verfahren zur Aufbringung einer Plasmaspritzschicht sowie eine besondere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand einer perspektivisch dargestellten Walze; Figur 3: einen dreidimensionalen Ausschnitt aus einer erhaltenen, beschichteten
Walzenoberfläche (Detail „X" aus Figur 2); Figur 4: einen metallographischen Querschliff durch eine erfindungsgemäß infiltrierte Schicht; Figur 5: einen metallographischen Querschliff durch eine Schicht, die bei
Umgebungsbedingungen lackiert wurde. Die Figur 1 zeigt als einen erfindungsgemäßen Formkörper eine Walze 14 mit einem hohizylindrischen Grundkörper 1 (vgl. auch Figur 2 und 3), der um seine Längsachse rotiert (Pfeil 7). Die Oberfläche 2 des Grundkörpers 1 ist sandgestrahlt und weist eine Rauhigkeit 6 (Detail "X") entsprechend Rz gemäß DIN 4768 von 20 - 50 μm auf. In der Figur 1 ist das Vakuuminfiltrierungsverfahren schematisch dargestellt:
In einer Vakuumkammer 15 ist die Walze 14 mit dem hohizylindrischen Grundkörper f auf Lagern 16 drehbar angeordnet. Die Kammer 15 hat einen Eingang 17 und einen Ausgang 18 zur Zuführung bzw. Ableitung des zur Infiltrierung verwendeten Kunststoffes, insbesondere des poiymerisierbaren Kunstharzes 19, das aus einem Vorratsbehälter 20 mittels Pumpen 21 der Kammer 15 zugeleitet werden kann. Die
Evakuierung erfolgt mittels einer Vakuumpumpe 22, die auch über einen ersten Druckanzeiger 23 ansteuerbar sein kann. Über einen Kompressor 24, der über einen zweiten Druckanzeiger 25 ansteuerbar sein kann, kann die Kammer 15 unter oder ohne Befüllung („nachher") mit Harz mittels Gas (z. B. Luft, Stickstoff) unter Druck gesetzt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann folgendermaßen durchgeführt werden :
a) Die plasmagespritzte Walze 14 wird in die Kammer 15 eingebaut.
b) Das Kunstharz 19 wird in die evakuierte Kammer 15 eingelassen, bis die Walze 14 ganz oder teilweise bedeckt ist.
c) Die Walze 14 wird in Rotation versetzt, so daß ihre Oberfläche 2 vollständig mit dem Kunstharz 19 benetzt wird (bei ganzer Bedeckung kann das entfallen).
d) Das Kunstharz 19 wird abgelassen, wobei durch die beibehaltene Rotation eine unter praktischen Bedingungen einheitliche Schicht aus Kunstharz auf der Oberfläche erhalten wird.
e) Die Kammer wird unter Druck gesetzt, um das Harz in die Poren der
Plasmaspritzschicht 9 (nicht maßstabsgetreu gezeichnet) zu drücken. (Dieser Schritt ist nicht unbedingt erforderlich, da das Harz auch über Kapillarkräfte in die Poren eindringt). f) Anschließend oder gleichzeitig mit e) findet die Polymerisation statt, zu deren Start oder Beschleunigung auch Wärme mittels einer Heizung 26 zugeführt werden kann.
g) Anschließend wird die Walze ausgebaut und geschliffen, wie weiter unten noch ausgeführt wird.
Die Walze kann auch senkrecht in einer Kammer angeordnet sein. In so einem Fall muß die Kammer entsprechend hoch geflutet sein oder das Harz muß seitlich aufgespritzt werden, wie nachfolgend noch beispielhaft beschrieben. In der Figur 2 ist der Beschichtungsvorgang zur Aufbringung der Plasmaspritzschicht schematisch dargestellt: Mittels eines Plasmabrenners 5, der mit einer
Vorschubeinrichtung 8 parallel zur Längsachse des rotierenden Grundkörpers 1 bewegt wird, wird keramisches Pulver 3 aus einem Pulverdosierer 10 auf die sandgestrahlte Oberfläche 2 in einem Arbeitsgang aufgespritzt. Dabei wird die entstandene Schicht 9 über eine Kühleinrichtung 11 mittels aus der Flüssigphase entnommenem und so bei der Entspannung entstehendem, feinkristallinem C02 gekühlt. Anschließend wird die Umgebung der Schicht 9 im Beispiel auf 3 mbar abs. evakuiert und beispielsweise mittels Düsen 12 mit einem poiymerisierbaren Kunstharz, vorzugsweise einem hochviskosen Grundharz, das im Versuch aus ungesättigtem Polyesterimid und einem Reaktiwerdünner Vinyltoluol bestand, infiltriert. Die Infiltration unter Vakuum wie vorstehend beschrieben hat den Vorteil, daß in den Poren der Plasmaspritzschicht keine störenden Gasblasen eingeschlossen werden. Anschließend kann eine Beaufschlagung mit einem Gasdruck von 6 bar abs. stattfinden. Nach dem Beschleifen der so entstandenen Oberfläche erhält man die in Figur 3 gezeigte Schicht 4, die mindestens 0,1 mm dick ist. Günstige Dickenmaße für Zwecke der elektrischen Isolierung bewegen sich im
Bereich von 0,5 bis 2 mm. Beim Beschleifen der Infiltrationsschicht wird die Schicht 9 teilweise freigelegt, so daß die fertige Schicht 4 einen Oberfiächenanteil an keramischem Werkstoff 13 von wenigstens 30 % der geometrischen Oberfläche hat.
Das Beschleifen erfolgt besonders vorteilhaft mit gut schneidenden Schneidkörpern aus SiC auf Schieifbändern, wobei die Schneidgeschwindigkeit so gewählt wird, daß kein Verschmieren oder Verbrennen des Kunstharzes stattfindet. Eine so hergestellte, vakuum/druckimprägnierte Walze mit einer Mullitschicht von 1 ,2 mm wurde rotierend einer typischen Koronaentladung (z. B. 5 kV) ausgesetzt, wobei der Waizenkörper keiner Zwangskühlung unterworfen wurde.
Bei der Erhitzung auf 120°C zeigte sich kein Durchschlag. Die Walze wurde anschließend mit Luft sehr schnell abgekühlt. Diese Vorgänge wurden 10-mal wiederholt, ohne daß sich ein Durchschlag zeigte.
Gegenbeispiel :
Eine ebenfalls mit reinem Aiuminiumoxid beschichtete Walze, bei der die Schichtdicke auch 1 ,2 mm betrug, wurde mit einem handelsüblichen, lösemittelhaltigen Polyurethanversiegler eingesprüht. Nach 10 Minuten erfolgte bereits ein Durchschlag.
Beispiel: Salzsprühnebelprüfung an erfindungsgemäß infiltrierten Beschichtungen
Als Probe wurde ein beschichteter Hohlzylinder aus Stahl mit einem Durchmesser von 250 mm und einer Länge 400 mm verwendet. Die Schicht wurde mittels Plasmaspritzen erzeugt und besteht aus ca. 200 μm Chromoxid. Die Schicht wurde wie oben beschrieben vakuum-/druckimprägniert. Die Probe wurde anschließend 30 Tage entsprechend DIN 50021 bei 35 C in einem Salzsprühnebel getestet. Dabei zeigte die Probe keine Korrosion an den beschichteten Stellen. Im Gegensatz dazu zeigte eine Probe ohne die Vakuum-/Druckimprägnierung trotz einer vorhandenen korrosionshemmenden Zwischenschicht aus Nickel-Chrom 80/20 % (Gew.) nach ein paar Tagen erste Korrosionserscheinungen.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Imprägnierung sind anhand des metallographischen Querschliffs in Figur 4 im Vergleich zu einem Querschliff von einer unter Umgebungsbedingungen lackierten, gleichartigen Schicht in Figur 5 deutlich zu sehen. Darin ist jeweils die unterste graue Fläche der Grundkörper, auf dem eine Plasmaspritzschicht der Dicke 1 ,14 bzw. 1 ,68 mm aus Mullit (schwarz) aufbaut. Der infiltrierte Teil der an sich schwarz erscheinenden Mullitschicht hebt sich als graue bzw. hellgraue Fläche ab. Die Helligkeit des Grautones beschreibt die Qualität der Imprägnierung, die mit steigender Helligkeit zunimmt. Die Figuren 4 und 5 sind schwarz/weiß Ausdrucke der beiliegenden Figuren 4a und 5a. Aus dem Vergleich der Bilder in den Figuren 4 und 5 wird die Überlegenheit der Vakuumbeschichtung bezüglich Eindringtiefe und Porenfüllgrad deutlich.

Claims

Patentansprüche :
1. Formkörper, aufweisend einen Grundkörper (1), auf dem mindestens eine porenhaltige Schicht (9) aus einem metallischen oder nichtmetallischen Werkstoff in ein oder mehreren Lagen aufgebracht ist und die den Grundkörper (1 ) ganz oder teilweise bedeckt, erhältlich dadurch, daß man mindestens eine
Lage in einer Dicke größer gleich 0,1 mm aufbringt und die erhaltene mindestens eine porenhaltige Schicht (9) nachfolgend im Vakuum mindestens teilweise mit einem Kunststoff infiltriert.
2. Formkörper nach Anspruch 1 , wobei der Kunststoff polymerisierbar ist.
3. Formkörper nach Anspruch 2, wobei der polymerisierbare Kunststoff ein polymerisierbares Kunstharz ist.
4. Formkörper nach Anspruch 3, wobei die Schicht (9) mit einem Elektroisolierharz infiltriert und weitgehend volumenneutral verschlossen ist (4).
5. Formköφer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Schicht (9) ganz oder teilweise (4, 13) von dem Kunststoff bedeckt ist.
6. Formkörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Flächenanteil (13) des metallischen oder nichtmetallischen Werkstoffs auf der äußeren Oberfläche der infiltrierten Schicht (4) mindestens 30 % der geometrischen Oberflächebeträgt.
7. Formkörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, wobei die porenhaltige Schicht (9) eine mittels thermischem Spritzen hergestellte oder eine galvanisch aufgebrachte Schicht oder eine PVD- oder CVD-Schicht ist.
8. Formkörper einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, wobei die porenhaltige Schicht (9) im wesentlichen aus einem korrosionsbeständigen Werkstoff besteht.
9. Formkörper nach Anspruch 8, wobei die porenhaltige Schicht (9) aus einem Werkstoff besteht, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus rost- oder säurebeständigem Stahl, Sonderwerkstoffen, Chromoxid, Aiuminiumoxid, Zirkonoxid, Spinelle des Aluminiumoxides und Aluminiumtitanat, Mullit.
10. Formkörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, wobei die porenhaltige Schicht (9) mindestens 0,2 mm dick ist.
11. Formkörper nach Anspruch 10, wobei die porenhaltige Schicht (9) eine Dicke aus dem Bereich von 0,4 bis 2 mm hat.
12. Formkörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11 , wobei die porenhaltige Schicht (9) einen Anteil an Poren von 0-20 Vol.-% aufweist.
13. Formkörper nach Anspruch 12, wobei der Porenanteil zwischen 5 und 15 Vol. - % beträgt.
14. Formkörper nach Anspruch 10 oder 11 , wobei die porenhaltige Schicht (9) bis zu einer Tiefe von wenigstens 20 % der Schichtdicke infiltriert ist.
15. Formkörper nach Anspruch 14, wobei die porenhaltige Schicht (9) bis zu einer Tiefe von wenigstens 50 % der Schichtdicke infiltriert ist.
16. Formkörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, wobei der
Formkörper eine Walze, Rolle, Welle, Rührer, Lagersitz, Schonhülse, Kolbenstange, Galette oder eine Wanne ist.
17. Walze nach Anspruch 16 , wobei der zylindrische Grundkörper (1) aus Metall oder aus faserverstärktem Kunststoff oder einem Metall und einer Auflage aus elektrisch nicht leitendem Kunststoff-Faserverbund besteht.
18. Verfahren zur Herstellung von Formkörpern nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17 bei denen auf die äußere Oberfläche (2) eines Grundkörpers (1) eine ein- oder mehrlagige, porenhaltige Schicht (9) aus einem metallischen oder nichtmetallischem Werkstoff (3) aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß man mindestens eine Lage in einer Dicke größer gieich 0,1 mm aufbringt und in einem nachfolgenden Schritt die äußere Schicht des beschichteten Formkörpers (1 ) im Vakuum mindestens teilweise mit einem Kunststoff infiltriert (4).
19. Verfahren zur Herstellung von Walzen nach einem oder mehreren der Ansprüche 16 bis 17 bei dem man auf die äußere Ober läche (2) eines zylindrischen Grundkörpers (1) eine Schicht (9) aus elektrisch isolierendem keramischem Werkstoff (3) mittels thermischem Spritzen in einer Schichtdicke von mindestens 0,1 mm aufbringt, dadurch gekennzeichnet, daß man die äußere Schicht (9) der beschichteten Walze (1) im Vakuum mit einem Kunststoff infiltriert (4).
20. Verfahren zur Herstellung von Formkörpern nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 17 bei dem man auf die äußere Oberfläche (2) eines Grundkörpers (1) eine Schicht (9) aus einem korrosionsbeständigen Werkstoff (3) mittels thermischem Spritzen in einer Schichtdicke von mindestens 0,01 mm aufbringt, dadurch gekennzeichnet, daß man die äußere Schicht (9) des beschichteten Grundkörpers (1) im Vakuum mit einem Kunststoff infiltriert (4).
21. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 18 bis 20, bei dem man einen poiymerisierbaren Kunststoff oder ein polymerisierbares Kunstharz verwendet.
22. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 18 bis 21 , wobei man die Schicht (9) mit einem Elektroisolierharzsystem, unter praktischen
Gesichtspunkten volumenneutral und im Mittel zu wenigstens 20 % über die Schichtdicke gemessen, infiltriert (4).
23. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 18 bis 22, wobei man den Kunststoff unter Vakuum bei einem Druck aus dem Bereich von 1 -200 mbar abs. infiltriert.
24. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 18 bis 23, wobei der Druck, bei dem die Infiltration stattfindet, in etwa der Summe der Dampfdrücke der Komponenten des zur Infiltration verwendeten Kunststoffsystems entspricht.
25. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 18 bis 24, wobei man nach der Vakuuminfiltrierung eine zusätzliche Druckbeaufschiagung von 2 bis 10 bar abs. mittels inertem Gas durchführt.
26. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 18 bis 25, wobei man eine Polymerisation und/oder Aushärtung des poiymerisierbaren Kunststoffes oder Kunstharzes unter Erwärmung oder UV-Bestrahlung vornimmt.
27. Beschichtungsverfahren zum Schutz von Substraten oder Grundkörpern, die eine porenhaltige, äußere Schicht aus einem metallischen oder nichtmetallischen Werkstoff aufweisen vor Korrosion, dadurch gekennzeichnet, daß man die äußere porenhaltige Schicht im Vakuum mit einem Kunststoff infiltriert.
28. Schicht auf einem Substrat zum Schutz des Substrats vor Korrosion, erhältlich dadurch, daß man eine porenhaltige Schicht auf dem Substrat, die aus einem metallischen oder nichtmetallischem Werkstoff besteht, im Vakuum mit einem Kunststoff infiltriert.
29. Verwendung von Schichten gemäß Anspruch 28 als Korrosionsschutz.
PCT/EP2000/011945 1999-11-30 2000-11-29 Formkörper mit imprägnierter schutzschicht WO2001040544A1 (de)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE1999157644 DE19957644C2 (de) 1999-11-30 1999-11-30 Korona-Walze mit verbesserter Imprägnierung
DE19957644.0 1999-11-30
DE10029917.2 2000-06-17
DE10029917A DE10029917A1 (de) 2000-06-17 2000-06-17 Formkörper mit imprägnierter Schutzschicht

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2001040544A1 true WO2001040544A1 (de) 2001-06-07

Family

ID=26006120

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2000/011945 WO2001040544A1 (de) 1999-11-30 2000-11-29 Formkörper mit imprägnierter schutzschicht

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2001040544A1 (de)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2397257A (en) * 2003-01-16 2004-07-21 Rolls Royce Plc Article provided with a vibration damping coating
WO2009087205A1 (de) * 2008-01-10 2009-07-16 OCé PRINTING SYSTEMS GMBH Verfahren zum herstellen einer tonerwalze mit einer oxidkeramikschicht
DE102008016851A1 (de) 2008-04-02 2009-10-15 Coatec Gesellschaft für Oberflächenveredelung mbH Koronawalze mit zylindrischem Grundkörper und einem dielektrischen Walzenbezug sowie Verfahren zum Herstellen einer solchen Koronawalze
DE102008045381A1 (de) * 2008-09-02 2010-03-04 Schaeffler Kg Verschleiß- und korrosionshemmender Schichtverbund
WO2011076347A1 (de) * 2009-12-23 2011-06-30 Daimler Ag Verfahren zum beschichten einer oberfläche und kraftwagenbauteil
WO2021136063A1 (zh) * 2019-12-30 2021-07-08 荣耀终端有限公司 陶瓷树脂复合壳体及其制备方法和终端
DE102022001053A1 (de) 2022-03-25 2023-09-28 Oerlikon Textile Gmbh & Co. Kg Galette zum Führen und Fördern eines Fadens

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2190071A5 (en) * 1972-06-16 1974-01-25 Asahi Glass Co Ltd Hard, scratch resistant layer - formed on plastics
DE3316348A1 (de) * 1983-05-05 1984-11-08 PTG Plasma-Oberflächentechnik GmbH, 7240 Horb Verfahren zum versiegeln einer poroesen beschichtung
DE4418517C1 (de) * 1994-05-27 1995-07-20 Difk Deutsches Inst Fuer Feuer Verfahren zum Herstellen einer Verschließschicht und ihre Verwendung
GB2305672A (en) * 1995-09-29 1997-04-16 Aea Technology Plc An electrically isolating support for electronic components

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2190071A5 (en) * 1972-06-16 1974-01-25 Asahi Glass Co Ltd Hard, scratch resistant layer - formed on plastics
DE3316348A1 (de) * 1983-05-05 1984-11-08 PTG Plasma-Oberflächentechnik GmbH, 7240 Horb Verfahren zum versiegeln einer poroesen beschichtung
DE4418517C1 (de) * 1994-05-27 1995-07-20 Difk Deutsches Inst Fuer Feuer Verfahren zum Herstellen einer Verschließschicht und ihre Verwendung
GB2305672A (en) * 1995-09-29 1997-04-16 Aea Technology Plc An electrically isolating support for electronic components

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2397257A (en) * 2003-01-16 2004-07-21 Rolls Royce Plc Article provided with a vibration damping coating
WO2009087205A1 (de) * 2008-01-10 2009-07-16 OCé PRINTING SYSTEMS GMBH Verfahren zum herstellen einer tonerwalze mit einer oxidkeramikschicht
DE102008016851A1 (de) 2008-04-02 2009-10-15 Coatec Gesellschaft für Oberflächenveredelung mbH Koronawalze mit zylindrischem Grundkörper und einem dielektrischen Walzenbezug sowie Verfahren zum Herstellen einer solchen Koronawalze
CN102017342A (zh) * 2008-04-02 2011-04-13 科特克表面调质处理有限责任公司 包括圆柱形基体和介电辊子涂层的电晕辊以及用于制造这种电晕辊的方法
DE102008045381A1 (de) * 2008-09-02 2010-03-04 Schaeffler Kg Verschleiß- und korrosionshemmender Schichtverbund
WO2011076347A1 (de) * 2009-12-23 2011-06-30 Daimler Ag Verfahren zum beschichten einer oberfläche und kraftwagenbauteil
WO2021136063A1 (zh) * 2019-12-30 2021-07-08 荣耀终端有限公司 陶瓷树脂复合壳体及其制备方法和终端
DE102022001053A1 (de) 2022-03-25 2023-09-28 Oerlikon Textile Gmbh & Co. Kg Galette zum Führen und Fördern eines Fadens

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0609795B1 (de) Wärmedämmschicht aus Keramik auf Metallbauteilen und Verfahren zu ihrer Herstellung
EP2041332B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur plasmagestützten chemischen gasphasenabscheidung an der innenwand eines hohlkörpers
DE202004010821U1 (de) Vakuumpumpenbauteil
EP0582950A1 (de) Faserverstärkte Kunststoffwalze mit äusserer, verschleissfester, füllerhaltiger Kunststoffschicht
EP0778089A1 (de) Einrichtung zum Herstellen einer polymeren Beschichtung an Kunststoff-Hohlkörpern
EP2107131A1 (de) Verfahren und Anlage zum Beschichten und zur Oberflächenbehandlung von Substraten mittels eines Plasmastrahls
WO1986006106A1 (fr) Couche de protection
WO2001040544A1 (de) Formkörper mit imprägnierter schutzschicht
DE3136283C1 (de) Verfahren zum Metallisieren kohlefaserverstaerkter Kunststoffteile
DE4129120A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum beschichten von substraten mit hochtemperaturbestaendigen kunststoffen
DE102012108057B4 (de) Verfahren zur Herstellung einer Dampfturbinenschaufel der letzten Stufe
DE2446250A1 (de) Verfahren zum herstellen eines festhaftenden organischen ueberzuges auf einem metallischen substrat
DE4342649C1 (de) Magnetkreiselpumpe für aggressive Medien
DE19957644C2 (de) Korona-Walze mit verbesserter Imprägnierung
DE69935456T2 (de) Mehrschichtiger film und verfahren zu dessen herstellung
DE10029917A1 (de) Formkörper mit imprägnierter Schutzschicht
DE69927699T2 (de) In situ-flüssigkristallpolymerbeschichtung für vulkanisierte verbundwerkstoffstruktur
EP0282540B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum metallisieren von folienoberflächen
DE4139421C2 (de) Verfahren zum Überziehen einer Substratoberfläche mit einer Sinterschicht und pulverförmiges Ausgangsmaterial dafür
EP0079007B1 (de) Verfahren zum Versiegeln einer porösen Beschichtung
DE102019202031A1 (de) Lagerbauteil
DE102008044024A1 (de) Beschichtungsverfahren sowie Beschichtungsvorrichtung
WO2004035857A2 (de) Plasmapolymere haftschichten
WO2017121885A2 (de) Verfahren zum herstellen einer dünnen schicht aus porösem dlc, verwendung einer pecvd-anlage und mit porösem dlc beschichtetes werkstück
WO2004024976A1 (de) Korrosionsgeschütztes bauteil und verfahren zu seiner herstellung und einrichtung zur durchführung des verfahrens

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT AT BG BR BY CA CN CZ CZ DE DE DK DK EE EE FI FI HR HU ID IL IN JP KR KR LT LV MA MX NO NZ PL RO RU SG SI SK SK TR UA US YU ZA

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GW ML MR NE SN TD TG

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
DFPE Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed before 20040101)
REG Reference to national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: 8642

122 Ep: pct application non-entry in european phase
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: JP