WO2002010470A1 - Kunststoffoberfläche mit thermisch gespritzter beschichtung und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Kunststoffoberfläche mit thermisch gespritzter beschichtung und verfahren zu ihrer herstellung Download PDF

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    • C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/02—Coating starting from inorganic powder by application of pressure only
    • C23C24/04—Impact or kinetic deposition of particles

Definitions

  • the invention relates to a plastic surface with at least partial coating, which is applied by means of thermal spraying processes.
  • the invention further relates to a method for producing a coating applied to a plastic surface by means of thermal spraying methods.
  • plastics are becoming increasingly important in their industrial use. In many cases, special requirements for the use of plastics must be met. This happens, for example, in that the plastics have a coating which is produced by means of a thermal spraying process.
  • plastics are also used in the field of sports equipment, to an increasing extent.
  • Plastics are also developing, at least in some areas, to use plastics as the base material, particularly in the area of the club head. These golf clubs with plastic materials are primarily intended to be able to hit the ball extremely far.
  • the coating of golf clubs by means of thermal spraying is known per se. From the own German patent application DE 19757736 A1, for example, a golf club with a striking surface for hitting golf balls is described, which, at least in the area of the striking surface, by means of a thermal spraying process applied coating comprises. Golf clubs made from the usual materials, ie from metals or metal alloys, are addressed here. The club coatings are preferably applied by means of the high-speed flame spraying process or by means of the cold gas spraying process. Metals, metal alloys, oxides (in particular Al 2 O 3 and / or TiO 2 ), carbides, borides, plastics or mixtures of the aforementioned substances can be used as spray materials for the coating of the golf clubs by means of thermal spraying.
  • the energy applied by the swing of the golfer should be optimally transferred to the golf ball via the club head. This creates enormous forces that act punctiformly and possibly to a certain extent on the face of the golf club by deforming the ball.
  • the golf club head with plastic has to meet these extreme requirements
  • a coating that is as wear-resistant as possible is to be provided, so that wear on the golf club head is avoided, for example because of the club's contact with the ground when the ball is struck.
  • the invention is therefore based on the object of demonstrating a plastic surface and a method of the type mentioned at the outset, which enable a thermally sprayed coating on the plastic surface with good adhesion.
  • the coating comprises zinc, zinc alloys, aluminum alloys and / or materials which have an exothermic effect in the spraying process.
  • This object is achieved for the method in that a coating comprising zinc, zinc alloys, aluminum alloys and / or materials exothermic in the spraying process is applied to the surface in particular as a wear protection layer by means of a thermal spraying method.
  • NiAl nickel-aluminum
  • Mo molybdenum
  • the invention is based on the idea that the plastic surface is provided with a thermally sprayed coating which serves both as an adhesive layer and as a functional coating required for the application (for example a wear protection coating). It has been shown that spraying the above-mentioned materials in particular can significantly increase the adhesion of the thermally sprayed coating to the plastic surface.
  • the primer can be applied in particular by means of arc spraying, flame spraying or cold gas spraying as process variants of thermal spraying.
  • the thermally coated plastic can consist of a fiber-reinforced plastic.
  • fiber-reinforced plastics are in particular plastics with carbon fiber (CFRP), with (para-) aramide (KEVLAR ®), glass fiber (GRP) and the like into consideration.
  • plastics mentioned are ideal for use in connection with sports equipment. Golf clubs are particularly worth mentioning.
  • the golf clubs are at least partially provided with a thermally sprayed coating, particularly in the area of the golf club head and here in particular in the area of the club face.
  • gases are suitable as gases for thermal spraying in the context of the invention, in particular nitrogen, argon, helium, neon, krypton, xenon, a gas containing hydrogen, a gas containing carbon, in particular carbon dioxide, oxygen, a gas containing oxygen, Air, water vapor or mixtures of the aforementioned gases.
  • nitrogen as a propellant gas has special advantages.
  • a neutral or else a reduced flame setting is advantageously used with regard to the ratio of fuel gas to oxygen.
  • a nitrogen, argon, neon, krypton, xenon, oxygen, a hydrogen-containing gas, a carbon-containing gas are suitable for the gas carrying the powdered filler material Carbon dioxide, water vapor or mixtures of the aforementioned gases and mixtures of these gases with helium.
  • the proportion of helium in the total gas can be up to 90% by volume.
  • a helium content of 10 to 50% by volume in the gas mixture is preferred.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kunststoffoberfläche mit einer mittels eines thermischen Spritzverfahrens aufgetragenen Beschichtung und ein Verfahren zur Herstellung dieser Beschichtung. Erfindungsgemäss umfasst die Beschichtung Zink, Zinklegierungen, Aluminiumlegierungen und/oder beim Spritzprozess exotherm wirkende Materialien. Die Beschichtung mit guter Haftung wird insbesondere als Verschleißschutzschicht mittels Lichtbogenspritzens, Flammspritzens oder Kaltgasspritzens aufgetragen. Die Erfindung kann vor allem bei Sportgeräten mit einer beschichteten Kunstoffoberfläche eingesetzt werden, insbesondere bei Golfschlägern (bevorzugt Schlagfläche mit thermisch gespritzter Beschichtung).

Description

Beschreibung
Kunststoffoberfläche mit thermisch gespritzter Beschichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung
Die Erfindung betrifft eine Kunststoffoberfläche mit zumindest teilweiser Beschichtung, welche mittels thermischer Spritzverfahren aufgetragen ist.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer mittels thermischer Spritzverfahren auf einer Kunststoffoberfläche aufgebrachte Beschichtung.
Kunststoffe gewinnen auch heute noch in ihrer industriellen Verwendung zunehmend an Bedeutung. Dabei müssen in vielen Fällen besondere Anforderungen für den Einsatz der Kunststoffe erfüllt werden. Dies geschieht beispielsweise dadurch, dass die Kunststoffe eine Beschichtung aufweisen, welche mittels eines thermischen Spritzverfahrens hergestellt wird.
Beim Beschichten von Kunststoffen mittels thermischen Spritzen besteht ein Problem im Unterschied zum Beschichten von beispielsweise von Metallen darin, dass eine ausreichende Haftung der Spritzschichten erzielt wird. Es besteht in der Regel die Gefahr, dass die gespritzten Beschichtungen insbesondere bei Belastungen sich vom Grundkörper ablösen.
Kunststoffe werden neben anderen Anwendungen insbesondere auch im Bereich von Sportgeräten eingesetzt, auch hier in zunehmendem Maße.
Auch bei Golfschlägern geht inzwischen die Entwicklung zumindest in Teilbereichen zum Einsatz von Kunststoffen als Basismaterial insbesondere im Bereich des Schlägerkopfes. Diese Golfschläger mit Kunststoffmaterialien sollen in erster Linie dazu dienen, den Ball extrem weit schlagen zu können.
Das Beschichten von Golfschlägern mittels Thermischen Spritzens ist an sich bekannt. Aus der eigenen deutschen Patentanmeldung DE 19757736 A1 ist beispielsweise ein Golfschläger mit Schlagfläche zum Schlagen von Golfbällen beschrieben, der zumindest im Bereich der Schlagfläche eine mittels eines thermischen Spritzverfahrens aufgebrachte Beschichtung umfasst. Angesprochen sind hier Golfschläger aus den üblichen Materialien, d.h. aus Metallen oder Metalllegierungen. Die Schlägerbeschichtungen werden bevorzugt mittels des Hochgeschwindigkeits-Flammspritzverfahrens oder mittels des Kaltgasspritzverfahrens aufgebracht. Für die Beschichtung der Golfschläger mittels thermischen Spritzens können als Spritzmaterialien insbesondere Metalle, Metalllegierungen, Oxide (insbesondere AI2O3 und/oder TiO2), Carbide, Boride, Kunststoffe oder Mischungen der vorgenannten Stoffe verwendet werden.
Bei Golfschlägern für weite Schläge soll die durch den Schwung des Golfspielers aufgebrachte Energie optimal über den Schlägerkopf auf den Golfball umgesetzt werden. Dabei entstehen enorme Kräfte, die punktförmig und möglicherweise durch Deformieren des Balls auch in gewisser Weise flächenförmig auf der Schlagfläche des Golfschlägers angreifen.
Der Golfschlägerkopf mit Kunststoff muss diesen extremen Anforderungen beim
Schlag standhalten. Zusätzlich ist eine möglichst verschleißbeständige Beschichtung vorzusehen, damit beispielsweise wegen der Berührungen des Schlägers mit dem Boden beim Schlagen des Balles ein Verschleiß des Golfschlägerkopfes vermieden wird.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kunststoffoberfläche und ein Verfahren der eingangs genannten Art aufzuzeigen, welche eine thermisch gespritzte Beschichtung auf der Kunststoffoberfläche mit guter Haftung ermöglichen.
Diese Aufgabe wird für die Kunststoffoberfläche dadurch gelöst, dass die Beschichtung Zink, Zinklegierungen, Aluminiumlegierungen und/oder beim Spritzprozess exotherm wirkende Materialien umfasst.
Diese Aufgabe wird für das Verfahren dadurch gelöst, dass eine Zink, Zinklegierungen, Aluminiumlegierungen und/oder beim Spritzprozess exotherm wirkende Materialien umfassende Beschichtung insbesondere als Verschleißschutzschicht mittels eines thermischen Spritzverfahrens auf der Oberfläche aufgebracht wird.
Als exotherm wirkende Materialien können beispielsweise Nickel-Aluminium (NiAl) oder Molybdän (Mo) eingesetzt werden. Dadurch, dass diese Materialien beim Spritzpro- zess an einer exothermen Reaktion teilnehmen, wird zusätzlich Energie zur Verfügung gestellt, was sich in einer Erhöhung der Haftung aber auch der Verschleißbeständigkeit bemerkbar macht.
Die Erfindung basiert auf der Idee, dass die Kunststoffoberfläche mit einer thermisch gespritzten Beschichtung versehen wird, die sowohl als Haftschicht als auch als für die Anwendung benötigte Funktionsbeschichtung (beispielsweise eine Verschleißschutz- beschichtung) dient. Es hat sich gezeigt, dass durch das Verspritzen der oben genannten Werkstoffe insbesondere die Haftung der thermisch gespritzten Beschich- tung auf der Kunststoffoberfläche wesentlich erhöht werden kann.
Im Rahmen der Erfindung können zum Auftragen der Beschichtung grundsätzlich alle bekannten Verfahrensvarianten des Thermischen Spritzens eingesetzt werden.
Der Haftgrund kann insbesondere mittels Lichtbogenspritzens, Flammspritzens oder Kaltgasspritzens als Verfahrensvarianten des Thermischen Spritzens aufgetragen werden.
In Ausgestaltung der Erfindung kann der thermisch beschichtete Kunststoff aus einem faserverstärkten Kunststoff bestehen. Als faserverstärkte Kunststoffe kommen dabei insbesondere Kunststoffe mit Kohlenstofffasern (CFK), mit (Para-)Aramidfasern (KEVLAR®), mit Glasfasern (GFK) und dergleichen in Betracht.
Die genannten Kunststoffe eignen sich hervorragend für den Einsatz im Zusammen- hang mit Sportgeräten. Dabei sind insbesondere Golfschläger zu nennen.
Die Golfschläger sind im Rahmen der Erfindung vor allem im Bereich des Golfschlägerkopfes und hier insbesondere im Bereich der Schlagfläche zumindest teilweise mit einer thermisch gespritzten Beschichtung versehen.
Als Gase für das Thermische Spritzen im Rahmen der Erfindung kommen grundsätzlich alle bekannten Gase in Betracht, insbesondere Stickstoff, Argon, Helium, Neon, Krypton, Xenon, ein Wasserstoff enthaltendes Gas, ein kohlenstoffhaltiges Gas, insbesondere Kohlendioxid, Sauerstoff, ein Sauerstoff enthaltendes Gas, Luft, Wasserdampf oder Mischungen der vorgenannten Gase. Für den Fall, dass der Haftgrund mittels Lichtbogenspritzen aufgetragen wird, hat sich gezeigt, dass Stickstoff als Treibgas besondere Vorteile mit sich bringt.
Für den Fall, dass der Haftgrund mittels Flammspritzens aufgetragen wird, wird vorteilhafterweise hinsichtlich des Verhältnisses von Brenngas zu Sauerstoff eine neutrale oder auch eine reduzierte Flammeneinstellung verwendet.
Für das Kaltgasspritzen eignen sich für das den pulverförmigen Zusatzwerkstoff tragende Gas neben den aus der EP 0484 533 B1 bekannten Gasen Luft und/oder Helium ein Stickstoff, Argon, Neon, Krypton, Xenon, Sauerstoff, ein Wasserstoff enthaltendes Gas, ein kohlenstoffhaltiges Gas, insbesondere Kohlendioxid, Wasserdampf oder Mischungen der vorgenannten Gase und Mischungen dieser Gase mit Helium. Der Anteil des Helium am Gesamtgas kann bis zu 90 Vol.-% betragen. Bevor- zugtwird ein Heliumanteil von 10 bis 50 VoI.-% im Gasgemisch eingehalten.

Claims

Patentansprüche
1. Kunststoffoberfläche mit zumindest teilweiser Beschichtung, welche mittels thermischer Spritzverfahren aufgetragen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung Zink, Zinklegierungen, Aluminiumlegierungen und/oder beim
Spritzprozess exotherm wirkende Materialien umfasst.
2. Kunststoffoberfläche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung mittels Lichtbogenspritzens, Flammspritzens oder Kaltgasspritzens aufgetragen ist.
3. Kunststoffoberfläche nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff ein faserverstärkter Kunststoff ist.
4. Sportgerät mit einer beschichteten Kunststoffoberfläche nach einem der vorangehenden Ansprüche.
5. Golfschläger mit einer beschichteten Kunststoffoberfläche nach einem der vorangehenden Ansprüche.
6. Golfschläger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlagfläche zumindest teilweise eine thermisch gespritzte Beschichtung aufweist.
7. Verfahren zur Herstellung einer mittels thermischer Spritzverfahren auf einer Kunststoffoberfläche aufgebrachte Beschichtung, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zink, Zinklegierungen, Aluminiumlegierungen und/oder beim Spritzprozess exotherm wirkende Materialien umfassende Beschichtung insbesondere als Verschleißschutzschicht mittels eines thermischen Spritzverfahrens auf der Oberfläche aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung mittels Lichtbogenspritzens, Flammspritzens oder Kaltgasspritzens aufgetragen wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Haftgrund mittels Lichtbogenspritzens aufgetragen wird, wobei Stickstoff als Treibgas eingesetzt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Haftgrund mittels Flammspritzens aufgetragen wird, wobei hinsichtlich des Verhältnisses von Brenngas zu Sauerstoff eine neutrale oder reduzierte Flammeneinstellung verwendet wird.
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