WO2010136337A2 - Verwendung einer keramischen schicht sowie verfahren zur erzeugung einer solchen schicht - Google Patents

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    • F28F2245/04Coatings; Surface treatments hydrophobic

Definitions

  • the invention relates to the use of a ceramic layer and to a method for producing this layer on the component on which it is to be used.
  • This layer has hydrophobic surface properties.
  • a layer of the type specified in the introduction is described, for example, in WO 2004/013378 A1.
  • This layer can be used for example in reactors and has a layer consisting of a mixture of finely divided boron nitride, at least one inorganic binder and a solvent. This is applied and baked by heating the coating.
  • the finely divided boron nitride has a particle size of at least 50 nanometers, which is why the particles used may be termed nanoparticles (i.e., particles of less than one micron size, preferably less than 100 nm particle size).
  • the surfaces produced have a dirt repellent effect, i. H. that z. B. the adhesion of solids is prevented.
  • the result is a so-called easy-to-clean surface, which is characterized in that the wettability is reduced for hydrophilic liquids.
  • the wettability is measurable by measuring the contact angle of a drop of water applied to the hard-to-wet surface.
  • the object of the invention is to open up new fields of application to the layer systems with hydrophobic surfaces and a low wettability for water.
  • this object is achieved by using the ceramic layer for a water vapor condenser component, wherein exposed particles of a first type are embedded in the layer on the surface, which reduces the wettability of the surface for water compared to a layer without these particles.
  • microparticles or even nanoparticles are preferably used because it has been shown that a comparatively large increase in the hydrophobic surface properties can be achieved in relation to the amount of material used.
  • the ceramic layer in the manner according to the invention in capacitor components for.
  • the extremely hydrophobic behavior of the ceramic surfaces produced therefore has a particularly advantageous effect because, instead of a film condensation, droplet condensation on the capacitor components is made possible. This advantageously increases the efficiency of the capacitor components.
  • the particles of the first type consist of aluminum oxide or boron nitride.
  • the embedded particles of the type mentioned improve the hydrophobic properties of the surfaces produced advantageously in a special way.
  • the use of alumina even at low concentrations already causes a strong effect in terms of increasing the hydrophobic properties.
  • a strong effect can be achieved.
  • the achievable contact angles with regard to wettability by water can be found in DE 10 2007 030 047 A1.
  • a wetting angle Y of 102 ° could be measured.
  • the layer has a plurality of layers and the particles of the first type are incorporated only in the uppermost layer (ie only in the layer forming the surface of the layer).
  • the incorporation of the nanoparticles in the uppermost layer of the layer is sufficient, since the effect of the nanoparticles only on the surface of the layer produced.
  • the uppermost layer is to be made in a sufficient thickness, so that in a wear removal of the uppermost layer always new particles are exposed and in this way the hydrophobic properties of the wearing surface remain preserved.
  • the lowermost layer or the lowermost layers particles of a second type are added, which consist of the material of the capacitor component or a material similar to the material of the capacitor component.
  • a second type consist of the material of the capacitor component or a material similar to the material of the capacitor component.
  • the gradient layer is formed with an increasing concentration of particles of the first type to the surface of the layer.
  • the particles of the first kind are preferably distributed on the surface of the formed gradient layer, where they can develop their effect.
  • the particles of the second type can advantageously be added in a concentration which increases towards the boundary layer to the capacitor component, so that a gradual transition is formed in a particularly advantageous manner and the advantages of a previously mentioned Adapting the physical properties of the layer to the component to be coated can be realized.
  • the particles of the second type are metallic. Since usually metallic components are also coated, the transition between metal (component) and ceramic (layer) can be made fluent.
  • the inventive method for producing a layer on a condenser component for water vapor comprises the following steps. On the component, a coating material, consisting of a solvent, the dissolved precursors of a ceramic and dispersed particles of a first type, which are intended to reduce the wettability of the surface of the layer to be formed for water compared to a layer without these particles.
  • the component provided with the coating material is subjected to a heat treatment in which the solvent is evaporated and the precursors of the ceramic are converted into a ceramic layer while incorporating the particles of the first type.
  • Precursors consisting mainly of a metal carboxylate and a carboxylic acid are used. These precursors can be applied mechanically by rolling, spraying, brushing or dipping. Subsequently, the precursors are chemically converted to a metal oxide by a heat treatment.
  • the required energy supply can be achieved by heating to temperatures of preferably more than 400 °.
  • the action of electromagnetic radiation microwave, IR or UV radiation
  • the energy input into the applied layer of the precursors of the ceramic can also be done by a combination of different energy sources.
  • the following metal carboxylates may preferably be used: Zr, Y, Cr or Ti carboxylate or a mixture of these metal carboxylates.
  • carboxylic acids such as 2-ethylhexanoic acid, acetic acid, propionic acid, hexanoic acid,
  • Levulinic acid each optionally with branched or ring-shaped alkyl, alkenyl, alkynyl, alkoxy or aryl groups, as well as mixtures of these acids are used.
  • the already mentioned particles are used.
  • ceramics for the particles titanium oxide or silicon oxide can be used in addition to those already mentioned.
  • metals depending on the composition of the material of the component Al, Cu, Cr, Ni, Mn, Fe, Co, Pt, Pd, Ag, Y, Re, Th, Nb, Ta, V, W or Tc can be used.
  • the coating steps In order to produce gradient or multilayer coatings, the coating steps must be carried out several times in succession with coating materials of different composition. This results in multilayer coatings, if after each coating step, a heat treatment is performed. In contrast, gradient layers are formed when the heat treatment is carried out only after completion of the last coating. In this case, the gradual concentration transitions arise through diffusion processes of the individual layer constituents, which take place during the heat treatment.
  • the capacitor components are designed as condenser tubes whose inner wall is to be coated, then the coating with the precursors can be carried out in a simple manner by means of
  • the production of a multilayer coating can be carried out as follows.
  • a first step the preparation of a precursor (in the context of this application also referred to as precursor) of the layer of 15 to 60 wt .-% zirconium 2-ethyl hexanoate, 0.5 to 7.5 wt .-% yttrium 2-ethylhexanoate and propionic acid as diluent or solvent.
  • the precursor is modified for a layer of three layers a, b, c and a cover layer d.
  • the layers a to c is to adapt the physical properties of the component to be coated, which consists of titanium, pure titanium in the concentrations of 5 wt .-% in the position a, 3 wt .-% for the layer b and 1 Wt .-% for the situation c added.
  • the added titanium is microparticles.
  • Layer c and in the cover layer d aluminum oxide added in the form of nanoparticles.
  • the precursor for the layer a is first sprayed onto the capacitor component.
  • the layer a is heated at a temperature of 400 to 440 ° C with subsequent cooling. Steps 3 and 4 are repeated for the layers b, c and the top layer d.
  • a gradient layer can be produced as follows. In a first step, the production of a
  • Precursers as described in the example for multilayer coating are each modified.
  • the precursor for the layers a, b and a cover layer d are each modified.
  • b 1% by weight and, for the top layer d, 2% by weight of aluminum oxide are incorporated in the form of nanoparticles for the layer b.
  • the layers a, b and the top layer d are successively injected onto the component to be coated.
  • a layer which represents a combination of a gradient layer and a multilayered layer In a first step, the precursor is prepared again, as already described above. In a second step, the following compositions of the precursor for the layers a, b, c and a cover layer d are produced. For the layers a and b, pure titanium in the form of microparticles in the concentrations of 3% by weight in the layer a and one% by weight in the layer b are added to adapt to the physical properties of the substrate.
  • b 0.5% by weight, layer c 1% by weight and layer 2% by weight of aluminum oxide in the form of nanoparticles are added to layer b.
  • the layers a and b are successively injected onto the component to be coated. Subsequently, a heat treatment at temperatures of 400 to 440 ° C and a cooling of the resulting layer. Steps 3 and 4 are then repeated for the layer c and for the top layer d.
  • Figure 1 shows an embodiment of the inventive use of the layer in a condenser tube
  • Figures 2 and 3 detail enlargements of the detail X of the layer of Figure 1 with different layer structure.
  • FIG. 1 shows a capacitor component 11 in the form of a tube.
  • This has a layer 12 which forms a surface 13 in the tube interior.
  • the layer 12 can have, for example, an uppermost layer 14 which forms the surface 13.
  • nanoparticles 16 are introduced, which form part of the surface, as can be seen in Figure 1.
  • the nanoparticles are made of aluminum oxide and set according to the mechanism already described, the wettability of the surface 13 is greatly reduced, so that it in the condensation component at the Surface 13 comes to a drop condensation instead of a film condensation.
  • the mechanism of low wettability can be measured, for example, by measuring the wetting angle ⁇ of a water droplet W, which in the present case is 102 °. At such wetting angles ⁇ , the water droplet W bubbles off readily, thus explaining the mechanism of dropwise condensation of the water vapor passed through the condensation component 11.
  • the layer 12 on the condensation component 11 according to FIG. 2 is considered in more detail, it can be seen that the layer 12, in addition to the uppermost layer 14, also has a middle layer 25 and a lower layer 15.
  • the bottom layer 15 particles 26 of a second type are included, which consist as well as the capacitor member 11 made of titanium.
  • the layer 15 is adapted to the capacitor component 11 with regard to its physical properties, in particular with regard to the thermal expansion behavior.
  • the capacitor component according to FIG. 3 is provided with a layer 12, which is designed as a gradient layer.
  • the concentration of particles 16 of the first type is greatest and decreases with increasing layer depth.
  • the concentration of the particles 26 of the second type is greatest, the concentration decreasing with increasing layer thickness.
  • the gradient layer 12 is able to meet both the requirements for a reduction of the wettability on the surface 16 and a good adhesion to the capacitor component 11.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verwendung einer keramischen Schicht (12) mit Partikeln (16), die an der Kondensationsfläche (13) die Benetzbarkeit durch Wasser (W) herabsetzen bei einem Kondensatorbauteil (11) für Wasserdampf, wie dieses beispielsweise in der Kraftfahrttechnik Verwendung findet. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erzeugen einer solchen Schicht, wobei die Partikel (16) sowie Vorstufen der Keramik in einem Lösungsmittel gelöst, auf die Innenwandungen des Kondensatorrohres (11) aufgebracht und durch eine Wärmebehandlung in eine Keramik umgewandelt werden. Es hat sich gezeigt, dass derartig erzeugte Beschichtungen auch über eine größere Betriebsdauer des Kondensatorbauteils (11) hinweg die Benetzbarkeit der Kondensatorfläche (13) herabsetzen und damit den Wirkungsgrad der Kondensation vorteilhaft erhöhen.

Description

Beschreibung
Verwendung einer keramischen Schicht sowie Verfahren zur Erzeugung einer solchen Schicht
Die Erfindung betrifft die Verwendung einer keramischen Schicht sowie ein Verfahren zum Erzeugen dieser Schicht auf dem Bauteil, auf dem sie verwendet werden soll. Diese Schicht weist hydrophobe Oberflächeneigenschaften auf.
Eine Schicht der eingangs angegebenen Art ist beispielsweise in der WO 2004/013378 Al beschrieben. Diese Schicht kann beispielsweise in Reaktoren Verwendung finden und besitzt eine Schicht, die aus einer Mischung aus feinteiligem Bornitrid, mindestens einem anorganischem Bindemittel und einem Lösungsmittel besteht. Diese wird aufgetragen und durch Erhitzen der Beschichtung eingebrannt. Das feinteilige Bornitrid weist eine Teilchengröße von mindestens 50 Nanometer auf, weswegen die verwendeten Partikel als Nanopartikel (d.h. als Partikel mit einer Größe von weniger als einem μm, bevorzugt mit einer Partikelgröße von weniger als 100 nm) bezeichnet werden können. Die hergestellten Oberflächen weisen eine Schmutz abweisende Wirkung auf, d. h. dass z. B. die Anhaftung von Feststoffen verhindert wird. Es entsteht eine sogenannte Easy-to- clean-Oberflache, die sich dadurch auszeichnet, dass die Benetzbarkeit für hydrophile Flüssigkeiten herabgesetzt ist. Die Benetzbarkeit ist durch eine Messung des Kontaktwinkels eines Wassertropfens messbar, der auf die schwer benetzbare Oberfläche aufgebracht wurde.
Gemäß der DE 101 27 494 Al ist es unter anderem auch bekannt, andere anorganische Nanopartikel als Bohrnitrid zu verwenden, unter anderem auch Aluminiumoxid. Die auf diese Weise hergestellten Schichten werden als ebenfalls als Easy-to-clean- Schichten bezeichnet, da diese aufgrund ihrer extrem hydro- phoben Eigenschaften bei Benetzung mit Wassertropfen ebenfalls zu großen Kontaktwinkeln führen.
Gemäß der DE 10 2007 030 047 Al ist weiterhin bekannt, dass die Zugabe von Nanopartikeln aus Aluminiumoxid zu einer spürbaren Verringerung der Benetzbarkeit der erzeugten keramischen Oberflächen durch Wasser führt. Dies ist mit einer starken Erhöhung der hydrophoben Eigenschaften der keramischen Oberflächen durch Verwendung der genannten Partikel zu erklären.
Gemäß der DE 10 2007 015 450 Al ist es bekannt, Kondensatorbauteile mit sogenannten Sol-Gel-Materialien zu beschichten, die eine Einlagerung von Siliziumoxidpartikeln erlauben. Diese werden mittels einer Wärmebehandlung umgewandelt, um eine Beschichtung für Kondensatorbauteile zu erzeugen. Es entsteht ein sogenannter Sol-Gel-Lack auf den Bauteilen, wobei die Lackschicht auch die Siliziumoxidpartikel aufweist.
Aufgabe der Erfindung ist es, den Schichtsystemen mit hydrophoben Oberflächen und einer geringen Benetzbarkeit für Wasser neue Anwendungsfelder zu eröffnen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Verwendung der keramischen Schicht für ein Kondensatorbauteil für Wasserdampf gelöst, wobei in der Schicht an der Oberfläche freiliegende Partikel einer ersten Art eingelagert sind, die die Benetzbarkeit der Oberfläche für Wasser im Vergleich zu einer Schicht ohne diese Partikel herabsetzt. Bevorzugt kommen hierbei Mikropartikel oder sogar Nanopartikel zum Einsatz, weil sich gezeigt hat, dass im Verhältnis zur eingesetzten Materialmenge eine vergleichsweise starke Erhöhung der hydrophoben Oberflächeneigenschaften erreichbar ist. Bei der Ver wendung der keramischen Schicht in der erfindungsgemäßen Weise bei Kondensatorbauteilen, z. B. bei Kondensatorrohren oder Kondensatorplatten im Kraftwerksbau, wirkt sich das extrem hydrophobe Verhalten der erzeugten keramischen Oberflä- chen daher besonders vorteilhaft aus, weil statt einer Filmkondensation eine Tropfenkondensation an den Kondensatorbauteilen ermöglicht wird. Hierdurch steigt vorteilhaft der Wirkungsgrad der Kondensatorbauteile.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Partikel der ersten Art aus Aluminiumoxid oder Bohrnitrid bestehen. Die eingelagerten Partikel der genannten Art verbessern die hydrophoben Eigenschaften der erzeugten Oberflächen vorteilhaft in besonderer Weise. Insbesondere hat es sich gezeigt, dass die Verwendung von Aluminiumoxid auch bei geringen Konzentrationen bereits einen starken Effekt hinsichtlich der Steigerung der hydrophoben Eigenschaften bewirkt. So kann bereits bei einer Zugabe von weniger als 10 Gew.-%, insbesondere von weniger als 2 Gew.-% Aluminiumoxid in den Beschichtungsstoff zur Erzeugung der Schicht ein starker Effekt erzielt werden. Die erreichbaren Kontaktwinkel hinsichtlich der Benetzbarkeit durch Wasser lassen sich der DE 10 2007 030 047 Al entnehmen. Bei einer Zugabe von 2 Gew.- % Aluminiumnitrid konnte beispielsweise ein Benetzungswinkel Y von 102° gemessen werden.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen werden, dass die Schicht mehrere Lagen aufweist und die Partikel der ersten Art nur in die oberste Lage (d. h. nur in die die Oberfläche der Schicht bildende Lage) eingelagert sind. Dies bewirkt vorteilhaft lediglich eine geringe Beeinflussung des Schichtgefüges durch die Nanopartikel . Außerdem genügt die Einlagerung der Nanopartikel in die oberste Lage der Schicht, da sich die Wirkung der Nanopartikel auch nur an der Oberfläche der erzeugten Schicht auswirkt. Die oberste Lage ist in einer genügenden Dicke auszuführen, damit bei einem Verschleißabtrag der obersten Lage immer wieder neue Partikel freigelegt werden und auf diese Weise die hydropho- ben Eigenschaften der sich abnutzenden Oberfläche erhalten bleiben .
Gemäß einer weitere Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass in der untersten Lage oder den untersten Lagen Par- tikel einer zweiten Art zugesetzt sind, die aus dem Material des Kondensatorbauteils oder einem dem Material des Kondensatorbauteils ähnlichen Material bestehen. Hierdurch kann vorteilhaft sichergestellt werden, dass sich die Eigenschaften der keramischen Schicht in der Nähe des Bauteils den Eigen- Schäften dieses Bauteils ähneln. Insbesondere können hierbei die thermischen Ausdehnungskoeffizienten angepasst werden. Dies führt zu einer verbesserten Haftung der Schicht, was insbesondere bei thermisch beanspruchten Bauteilen, wie Kondensationsbauteilen, von großer Bedeutung ist.
Andere Ausgestaltungen der Erfindung sehen vor, dass statt einer Schicht mit mehreren Lagen als Gradientenschicht ausgeführte Schichten verwendet werden. In diesem Fall ist vorteilhaft vorgesehen, dass die Gradientenschicht mit einer zur Oberfläche der Schicht zunehmenden Konzentration an Partikeln der ersten Art ausgebildet ist. Dies hat den bereits erläuterten Vorteil, dass die Partikel der ersten Art bevorzugt an der Oberfläche der ausgebildeten Gradientenschicht verteilt sind, wo sie ihre Wirkung entfalten können. Die Partikel der zweiten Art können vorteilhaft in einer zur Grenzschicht zum Kondensatorbauteil hin zunehmenden Konzentration zugesetzt werden, so dass sich besonders vorteilhaft ein allmählicher Übergang ausbildet und die bereits erwähnten Vorteile einer Anpassung der physikalischen Eigenschaften der Schicht an das zu beschichtende Bauteil verwirklichen lässt.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Partikel der zweiten Art metallisch sind. Da normalerweise auch metallische Bauteile beschichtet werden, kann der Übergang zwischen Metall (Bauteil) und Keramik (Schicht) fließend gestaltet werden. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Erzeugen einer Schicht auf einem Kondensatorbauteil für Wasserdampf, welches die oben angegebene Aufgabe löst, weist folgende Schritte auf. Auf das Bauteil wird ein Beschichtungsstoff, bestehend aus einem Lösungsmittel, den gelösten Vorstufen einer Keramik und disper- gierten Partikeln einer ersten Art, die die Benetzbarkeit der Oberfläche der zu bildenden Schicht für Wasser im Vergleich zu einer Schicht ohne diese Partikel herabsetzen sollen, aufgetragen. Dann wird das mit dem Beschichtungsstoff versehene Bauteil einer Wärmebehandlung unterworfen, bei der das Lösungsmittel verdampft und die Vorstufen der Keramik unter Einlagerung der Partikel der ersten Art in eine keramische Schicht umgewandelt werden. Es werden Vorstufen verwendet, die hauptsächlich aus einem Metallcarboxylat und einer Karbonsäure bestehen. Diese Vorstufen können mechanisch mittels Rollen, Spritzen, Streichen oder Tauchen aufgetragen werden. Anschließend werden die Vorstufen chemisch durch eine Wärmebehandlung zu einem Metalloxid umgewandelt. Die erforderliche Energiezufuhr kann durch Erhitzen auf Temperaturen von vorzugsweise mehr als 400° erreicht werden. Zusätzlich oder stattdessen ist auch die Einwirkung elektromagnetischer Strahlung (Mikrowelle, IR- oder UV-Strahlung) möglich. Der Energieeintrag in die aufgetragene Schicht aus den Vorstufen der Keramik kann auch durch eine Kombination verschiedener Energiequellen erfolgen. Hierdurch kann insbesondere die Homogenität der erzeugten Schicht wegen der homogenere Erwärmung verbessert werden. Folgende Metallcarboxylate können bevorzugt verwendet werden: Zr-, Y-, Cr- oder Ti-Carboxylat oder ein Gemisch dieser Metallcarboxylate. Als Lösungsmittel können Carbonsäuren wie 2- Ethylhexansäure, Essigsäure, Propionsäure, Hexansäure,
Lävulinsäure, jeweils optional mit verzweigten oder ringförmigen Alkyl-, Alkenyl-, Alkinyl-, Alkoxy- oder Aryl-Gruppen, sowie Gemische aus diesen Säuren zur Anwendung kommen. Zusätzlich kommen die bereits erwähnten Partikel zum Einsatz. Als keramische Stoffe für die Partikel sind zusätzlich zu den bereits erwähnten auch Titanoxid oder Siliziumoxid verwendbar. Als Metalle können je nach Zusammensetzung des Werkstoffes des Bauteils Al, Cu, Cr, Ni, Mn, Fe, Co, Pt, Pd, Ag, Y, Re, Th, Nb, Ta, V, W oder Tc zum Einsatz kommen.
Um Gradienten- oder mehrlagige Schichten zu erzeugen, müssen die Beschichtungsschritte mehrmals hintereinander mit Be- schichtungsstoffen unterschiedlicher Zusammensetzung durchgeführt werden. Dabei entstehen mehrlagige Schichten, wenn nach jedem Beschichtungsschritt eine Wärmebehandlung durchgeführt wird. Gradientenschichten entstehen hingegen, wenn die Wärmebehandlung erst nach Abschluss der letzten Beschichtung durchgeführt wird. In diesem Fall entstehen die allmählichen Konzentrationsübergänge durch Diffusionsprozesse der einzel- nen Schichtbestandteile, die während der Wärmebehandlung stattfinden .
Sind die Kondensatorbauteile als Kondensatorrohre ausgeführt, deren Innenwandung beschichtet werden soll, so kann die Be- Schichtung mit den Vorstufen auf einfache Weise mittels
Durchleitung der Lösung aus den Vorstufen oder mittels einer Sprühsonde erfolgen. Die Wärmebehandlung kann vorzugsweise ebenfalls über eine Sonde oder eine von außen angelegte Man- schetten erfolgen. Details dieser Verfahrensweise lassen sich der DE 10 2007 030 591 Bl entnehmen.
Im Folgenden sind Beispiele für die Herstellung der erfindungsgemäß verwendeten Schichten aufgeführt.
Die Herstellung einer mehrlagigen Schicht kann folgendermaßen erfolgen. In einem ersten Schritt erfolgt die Herstellung einer Vorstufe (im Rahmen dieser Anmeldung auch als Precurser bezeichnet) der Schicht aus 15 bis 60 Gew.-% Zirkon-2-Ethyl- hexanoat, 0,5 bis 7,5 Gew.-% Yttrium-2-Ethylhexanoat und Propionsäure als Verdünnungs- bzw. Lösungsmittel. In einem zweiten Schritt wird der Precursor modifiziert für eine Schicht aus drei Lagen a, b, c und einer Decklage d. Für die Lagen a bis c wird zur Anpassung der physikalischen Eigenschaften an das zu beschichtende Bauteil, das aus Titan besteht, reines Titan in den Konzentrationen von 5 Gew.-% in die Lage a, 3 Gew.-% für die Lage b und 1 Gew.-% für die Lage c zugesetzt. Bei dem zugesetzten Titan handelt es sich um Mikropartikel . Zur Verbesserung der hydrophoben Eigenschaften wird in der
Lage c und in der Decklage d Aluminiumoxid in Form von Nano- partikeln zugesetzt. In einem dritten Schritt wird zunächst die Vorstufe für die Lage a auf das Kondensatorbauteil gespritzt. In einem vierten Schritt erfolgt eine Erhitzung der Lage a bei einer Temperatur von 400 bis 440° C mit anschließender Abkühlung. Die Schritte 3 und 4 werden für die Lagen b, c und die Decklage d wiederholt.
Eine Gradientenschicht kann folgendermaßen hergestellt wer- den. In einem ersten Schritt erfolgt die Herstellung eines
Precursers wie im Beispiel zur mehrlagigen Schicht beschrieben. In einem zweiten Schritt wird der Precursor für die Lagen a, b und eine Decklage d jeweils modifiziert. Für die Lagen a und b wird zur Anpassung der physikalischen Eigenschaf- ten an den Untergrund des Bauteils reines Titan in Form von Mikropartikeln in den Konzentrationen von 3 Gew.-% für die Lage a und 1 Gew.-% für die Lage c zugesetzt. Zur Verbesserung der hydrophoben Eigenschaften wird für die Lage b 1 Gew.-% und für die Decklage d 2 Gew.-% Aluminiumoxid in Form von Nanopartikeln eingelagert. In einem dritten Schritt werden die Lagen a, b und die Decklage d nacheinander auf das zu beschichtende Bauteil gespritzt. Anschließend erfolgt in einem vierten Schritt eine Wärmebehandlung aller erzeugten Lagen bei Temperaturen von 400 bis 440° C.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verwendung kann auch eine Schicht hergestellt werden, die eine Kombination aus einer Gradientenschicht und einer mehrlagigen Schicht darstellt. In einem ersten Schritt wird wieder der Precurser hergestellt, wie oben bereits beschrieben. In einem zweiten Schritt werden folgende Zusammensetzungen des Precursers für die Lagen a, b, c und eine Decklage d erzeugt. Für die Lagen a und b wird zur Anpassung an die phy- sikalischen Eigenschaften des Untergrundes reines Titan in Form von Mikropartikeln in den Konzentrationen von 3 Gew.-% in die Lage a und einem Gew.-% in die Lage b zugesetzt. Zur Verbesserung der hydrophoben Eigenschaften werden in die Lage b 0,5 Gew.-%, die Lage c 1 Gew.-% und die Lage d 2 Gew.-% Aluminiumoxid in Form von Nanopartikeln hinzugefügt. In einem dritten Schritt werden die Lagen a und b nacheinander auf das zu beschichtende Bauteil gespritzt. Anschließend erfolgt eine Wärmebehandlung bei Temperaturen von 400 bis 440° C sowie eine Abkühlung der entstandenen Schicht. Die Schritte 3 und 4 werden dann für die Lage c sowie für die Decklage d wiederholt.
Versuche mit den gemäß der oben genannten Ausführungsbeispiele erzeugten Schichten haben gezeigt, dass die Kontakt- winkel γ bei der Benetzung mit Tropfen von demineralisiertem Wasser bei 800C zunächst bei ca. 90° liegen und in den ersten hundert Betriebsstunden auf unter 80° abfallen. In den zweiten hundert Betriebsstunden verbessert sich der Benetzungs- winkel jedoch wieder und pendelt sich bei Werten zwischen 90° und 100° ein. Dieser Wert wird während der nächsten dreihundert Betriebsstunden dann gehalten, wobei die Messungen nach insgesamt fünfhundert Betriebsstunden abgebrochen wurden.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Gleiche oder sich entsprechende Zeichnungselemente sind jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nur insoweit mehrfach erläutert, wie sich Unterschiede zwischen den einzelnen Figuren ergeben. Es zeigen
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verwendung der Schicht in einem Kondensatorrohr und
Figur 2 und 3 Ausschnittvergrößerungen des Details X der Schicht gemäß Figur 1 mit unterschiedlichem Schichtaufbau .
In Figur 1 ist ein Kondensatorbauteil 11 in Form eines Rohres dargestellt. Dieses weist eine Schicht 12 auf, die eine Oberfläche 13 im Rohrinneren bildet. Wie in Figur 2 dargestellt kann die Schicht 12 beispielsweise eine oberste Lage 14 aufweisen, welche die Oberfläche 13 bildet. In die Lage 14 sind Nanopartikel 16 eingebracht, die einen Teil der Oberfläche bilden, wie auch in Figur 1 zu erkennen ist. Die Nanopartikel bestehen aus Aluminiumoxid und setzen nach dem bereits beschriebenen Mechanismus die Benetzbarkeit der Oberfläche 13 stark herab, so dass es in dem Kondensationsbauteil an der Oberfläche 13 zu einer Tropfenkondensation anstelle einer Filmkondensation kommt.
Der Mechanismus der geringen Benetzbarkeit lässt sich bei- spielsweise messen, indem der Benetzungswinkel γ eines Wassertropfens W gemessen wird, der im vorliegenden Fall bei 102° liegt. Bei derartigen Benetzungswinkeln γ perlt der Wassertropfen W ohne Weiteres ab, womit der Mechanismus der Tropfenkondensation des durch das Kondensationsbauteil 11 ge- leiteten Wasserdampfes erklärbar wird.
Betrachtet man den Aufbau der Schicht 12 auf dem Kondensationsbauteil 11 gemäß Figur 2 genauer, erkennt man, dass die Schicht 12 neben der obersten Lage 14 auch eine mittlere Lage 25 und eine untere Lage 15 aufweist. In der untersten Lage 15 sind Partikel 26 einer zweiten Art enthalten, die genauso wie das Kondensatorbauteil 11 aus Titan bestehen. Hierdurch wird in der bereits beschriebenen Weise die Lage 15 hinsichtlich ihrer physikalischen Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich des Wärmeausdehnungsverhaltens an das Kondensatorbauteil 11 angepasst .
Das Kondensatorbauteil gemäß Figur 3 ist mit einer Schicht 12 versehen, die als Gradientenschicht ausgeführt ist. An der Oberfläche 13 ist die Konzentration an Partikeln 16 der ersten Art am größten und nimmt mit zunehmender Schichttiefe ab. An einer Grenzfläche 27 zwischen dem Kondensatorbauteil 11 und der Schicht 12 ist die Konzentration an den Partikeln 26 der zweiten Art am größten, wobei die Konzentration mit zu- nehmender Schichtdicke abnimmt. Damit vermag die Gradientenschicht 12 sowohl den Anforderungen an eine Verringerung der Benetzbarkeit an der Oberfläche 16 sowie einer guten Haftung auf dem Kondensatorbauteil 11 zu genügen.

Claims

Patentansprüche
1. Verwendung einer keramischen Schicht (12) für ein Kondensatorbauteil (11) für Wasserdampf, wobei - in die Schicht (12) Partikel (16) einer ersten Art eingebracht sind, die einen Teil der Oberfläche (13) der Schicht bilden und die Benetzbarkeit der Oberfläche für Wasser im Vergleich zu einer Schicht ohne diese Partikel (16) herabsetzen, - als Partikel (16) der ersten Art Partikel aus
Aluminiumoxid oder Bornitrid ausgewählt sind und die keramische Schicht aus mindestens ein Metallcarboxylat und mindestens eine Karbonsäure enthaltenden keramischen Vorstufen erzeugt ist.
2. Verwendung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Schicht (12) mit mehreren Lagen (14, 15, 25) erzeugt ist und die Partikel (11) der ersten Art nur in die oberste Lage (14) eingelagert sind.
3. Verwendung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass in der untersten Lage (15) oder den untersten Lagen Par- tikel (26) einer zweiten Art zugesetzt sind, die aus dem Material des Kondensatorbauteils (11) bestehen.
4. Verwendung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass in der untersten Lage (15) oder den untersten Lagen metallische Partikel (26) einer zweiten Art zugesetzt sind und die Schicht (12) für ein metallisches Kondensatorbauteil (11) verwendet wird.
5. Verwendung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Schicht als Gradientenschicht mit einer zur Oberfläche (13) zunehmenden Konzentration an Partikeln (16) der ers- ten Art erzeugt ist.
6. Verwendung nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass in einer zur Grenzschicht (27) zum Kondensatorbauteil hin zunehmenden Konzentration Partikel (26) einer zweiten Art zugesetzt sind, die aus dem Material des Kondensatorbauteils (11) bestehen.
7. Verwendung nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass in einer zur Grenzschicht (27) zum Kondensatorbauteil hin zunehmenden Konzentration Partikel (26) einer zweiten Art zugesetzt sind, wobei die Partikel (26) der zweiten Art metallisch sind und die Schicht (12) für ein metallisches Kondensatorbauteil (11) verwendet wird.
8. Verfahren zum Erzeugen einer Schicht (12) auf einem Kondensatorbauteil (11) für Wasserdampf, bei dem
- auf das Bauteil (11) ein Beschichtungsstoff, bestehend aus einem Lösungsmittel, den gelösten, mindestens ein Metallcarboxylat und ein Karbonsäure enthaltenden Vorstufen einer Keramik und dispergierten Partikeln (16) einer ersten Art aus Aluminiumoxid oder Bornitrid, die die Benetzbarkeit der Oberfläche der zu bildenden Schicht (12) für Wasser im Vergleich zu einer Schicht ohne diese Partikel (16) herabsetzen sollen, aufgetragen wird und das mit dem Beschichtungsstoff versehene Bauteil (11) einer Wärmebehandlung unterworfen wird, bei der das Lösungsmittel verdampft und die Vorstufen der Keramik unter Einlagerung der Partikel (16) der ersten Art in eine keramische Schicht (12) umgewandelt werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Partikel (16) der ersten Art aus Aluminiumoxid in einer Konzentration von weniger als 10 Gew.-% in den Beschichtungsstoff gegeben werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Partikel (16) der ersten Art in einer Konzentration von 2 Gew.-% in den Beschichtungsstoff gegeben werden.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zusätzlich Partikel (26) einer zweiten Art in den Beschichtungsstoff gegeben werden, die die aus dem Material des Kondensatorbauteils (11) bestehen.
12. Verfahren nach Anspruch 8 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zusätzlich Partikel (26) einer zweiten Art in den Beschichtungsstoff gegeben werden, wobei als Partikel (26) der zweiten Art metallische Partikel verwendet werden und ein metallisches Kondensatorbauteil beschichtet wird.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102615866A (zh) * 2011-01-13 2012-08-01 三星电子株式会社 表面涂层和包括该表面涂层的热交换器

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010032612A1 (de) * 2010-07-28 2012-03-29 Martin GmbH für Umwelt- und Energietechnik Verfahren zum Schutz von Wärmetauscherrohren in Dampfkesselanlagen, Formkörper, Wärmetauscherrohr und Dampfkesselanlage
FR2974408B1 (fr) * 2011-04-21 2013-10-18 Peugeot Citroen Automobiles Sa Evaporateur de pompe a chaleur

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE514868C (de) * 1929-04-24 1931-07-07 Ernst Schmidt Dr Ing Oberflaechenkondensator
US5455000A (en) * 1994-07-01 1995-10-03 Massachusetts Institute Of Technology Method for preparation of a functionally gradient material
DE102006047070A1 (de) * 2006-09-26 2008-04-03 Siemens Ag Verfahren zum stoffschlüssigen Fügen von zwei metallischen Bauteilen
DE102007030047A1 (de) * 2007-06-26 2009-01-02 Siemens Ag Bauteil mit einer schweren benetzbaren keramischen Schicht und Verfahren zu deren Herstellung

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007015450A1 (de) * 2007-03-30 2008-10-02 Siemens Ag Beschichtung für Dampfkondensatoren

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE514868C (de) * 1929-04-24 1931-07-07 Ernst Schmidt Dr Ing Oberflaechenkondensator
US5455000A (en) * 1994-07-01 1995-10-03 Massachusetts Institute Of Technology Method for preparation of a functionally gradient material
DE102006047070A1 (de) * 2006-09-26 2008-04-03 Siemens Ag Verfahren zum stoffschlüssigen Fügen von zwei metallischen Bauteilen
DE102007030047A1 (de) * 2007-06-26 2009-01-02 Siemens Ag Bauteil mit einer schweren benetzbaren keramischen Schicht und Verfahren zu deren Herstellung

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
G. BAO, L. WANG: "Multiple cracking in functionally graded ceramic/metal coatings", INTERNATIONAL JOURNAL OF SOLIDS AND STRUCTURES, Bd. 32, Nr. 19, 1995, Seiten 2853-2871, XP002610353, *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102615866A (zh) * 2011-01-13 2012-08-01 三星电子株式会社 表面涂层和包括该表面涂层的热交换器

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Publication number Publication date
WO2010136337A3 (de) 2011-01-27
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