WO2017001657A1 - Bauteil für eine maschine zur herstellung und/oder behandlung einer faserstoffbahn und verfahren zur herstellung einer beschichtung eines bauteils - Google Patents

Bauteil für eine maschine zur herstellung und/oder behandlung einer faserstoffbahn und verfahren zur herstellung einer beschichtung eines bauteils Download PDF

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WO2017001657A1
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functional layer
particles
component
phase
dispersion
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Alexander Etschmaier
Franz Grohmann
Walter Lengauer
Sebastian Sperling
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Voith Patent Gmbh
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    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21F—PAPER-MAKING MACHINES; METHODS OF PRODUCING PAPER THEREON
    • D21F3/00—Press section of machines for making continuous webs of paper
    • D21F3/02—Wet presses
    • D21F3/08—Pressure rolls
    • 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
    • C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • C23C4/06—Metallic material
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21G—CALENDERS; ACCESSORIES FOR PAPER-MAKING MACHINES
    • D21G1/00—Calenders; Smoothing apparatus
    • D21G1/02—Rolls; Their bearings
    • D21G1/0246—Hard rolls
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21G—CALENDERS; ACCESSORIES FOR PAPER-MAKING MACHINES
    • D21G3/00—Doctors
    • D21G3/005—Doctor knifes

Definitions

  • calender rolls Due to the high contact pressure and the high temperatures at which calender rolls are operated, their surface is exposed to high mechanical and thermal loads. Therefore, calender rolls are usually provided with a roll cover that combines sufficient ductility with a high surface hardness.
  • a roll cover that combines sufficient ductility with a high surface hardness.
  • the radially outer or outermost surface comes in operation with the paper web at least indirectly in contact.
  • Such known functional layers generally have a binder phase which performs the task of a matrix.
  • a matrix may comprise or be made of, for example, nickel, cobalt or iron serving as a binder for a hard phase embedded therein.
  • the hard phase can be in the form of hard particles such as hard material grains.
  • the material for the hard phase usually metal-type carbides such as tungsten carbide, titanium carbide or chromium carbide, metallic nitrides such as titanium nitride and mixtures thereof and carbonitrides such as titanium carbonitride used. While the metal used for the binder phase is related to the ductility to be achieved Roll reference is selected, the hardness of the reference surface is determined by the embedded therein hard grains.
  • base alloys such as iron or nickel-based alloys
  • a disadvantage of such base alloys is their low wear properties. These are usually associated with a reduced abrasion resistance of the coating. In the past, such coatings had a low stability. The components therefore had to be replaced or sanded down and then re-coated. This resulted in smaller grinding and coating intervals. According to the prior art, although many efforts have been made so far to improve the wear characteristics. However, these could not prevail in practice in use on paper machines.
  • doctor blades are applied to the roll surface, which remove the impurities from the roll surface.
  • Such doctor blades can, where they come into contact with the roller or its roller cover, also be equipped with corresponding functional layers.
  • the present invention relates to such coated rolls and doctor blades, but is not limited exclusively to these, but can also be applied to other components of a comparatively claimed type of machine for producing and / or treating a fibrous web such as paper web.
  • An example of rolls are central press rolls in the press section of a paper machine. But other industrial rollers come into consideration.
  • doctor blades it is possible to use knives or scrapers which come into contact, at least indirectly, in the machine with the roller, the fibrous web or a coating to be applied thereto. At least indirectly means here, at least an indirect one Contact the relevant parts or even a direct, so immediate contact is conceivable.
  • doctor blades may be doctor blades for applying a coating to the fibrous web, creping blades for creping a fibrous web from a roll, or cleaning scrapers for doctoring a roller to clean it.
  • US 2007/0224350 A1 discloses the coating of scrapers by means of thin-film technology.
  • the starting material for the coating is brought into the gas phase under vacuum by vacuum-based coating methods such as CVD or PVD and then deposited on the component to be coated.
  • the component has to be laboriously introduced into a corresponding air-evacuated chamber, so that it can be coated there. This comparatively high plant engineering effort is needed.
  • the publication also describes the use of MAX phases deposited by thin-film technology.
  • US 2007/0224350 A1 teaches away from performing the thermal spray coating because the resulting porosity is detrimental to the use of the product provided with the coating.
  • DE 10 2009 029 698 A1 discloses a partially porous coating of a scraper with a commercial hard metal powder with 8-10% cobalt and tungsten monocarbid as hard material.
  • the publication does not show that the hard material causes dispersion hardening of cobalt.
  • the object of the present invention is therefore to provide a component of a machine for producing and / or treating a fibrous web, such as a roll or a doctor blade, by means of which the disadvantages due to washing out of the binder phase can be prevented.
  • the present invention is based on a single general idea, namely to add certain particles to the functional layer of the component in order to effectively counteract the disadvantages mentioned above.
  • the first alternative of the invention is based on generally providing the functional layer with dispersion-hardening particles. This results in a functional layer containing exactly two phases.
  • the functional layer is composed of a hard phase and a binder phase, wherein the dispersion-hardening particles are then added to the binder phase.
  • the functional layer contains MAX phase particles.
  • the particles according to the invention are in the finished component in each case homogeneously and finely distributed in the functional layer (or its binder phase), so that they represent an effective obstacle to microabrasion of the material of the functional layer, which occur as a result of eg mechanical stress during normal operation of the component within the functional layer.
  • a fibrous web is to be understood as a scrim of fibers, such as wood fibers, synthetic fibers, glass fibers, carbon fibers, additives, additives or the like.
  • the fibrous web may be formed, for example, as a paper, board or tissue web, which essentially comprise wood fibers, wherein small amounts of other fibers or additives and additives may be present.
  • a component for a machine for producing and / or treating a fibrous web is understood, for example, to mean a roll or a doctor blade.
  • the component may have a main body, in the case of a roller a preferably cylindrical roller core, in the case of a doctor blade in particular a strip-shaped body.
  • the roll may be a calender roll or a drying cylinder, such as Yankee cylinders. It can be designed heated or heated.
  • functional layer in the sense of the present invention is meant a layer which comes into direct or indirect contact with another part of the machine. This part can rest or move relative to the component having the functional layer.
  • direct or indirect it is meant that the functional layer is applied indirectly (indirectly to at least one intermediate layer arranged between main body and functional layer) or directly (directly, ie without an intermediate layer) to the main body.
  • the at least one intermediate layer may be an adhesive layer, which serves for the bonding between on the one hand the main body and the at least one functional layer.
  • functional layer means that radially outermost or outermost layer, which, for example, during operation of the machine with the Paper web and / or a doctor blade comes into contact.
  • a roll cover or a doctor blade coating in the sense of the present invention therefore comprises at least one functional layer, but may also additionally have the at least one intermediate layer.
  • the functional and / or intermediate layer can / can be made up of a plurality of individual layers, ie in layers.
  • the functional layer can be at least partially metallic, that is to say partly comprise a metal or be made entirely from one.
  • binder phase is meant a toughening component such as a matrix or a binder.
  • hard phase is meant a hard material component that is embedded in the binder phase.
  • Hard phase and binder phase of the finished coating can together form a cermet. Binder and hard phases are disposed within the same functional layer and homogeneously distributed therein.
  • finished coating means a ready-to-use coating as it can be used for the purpose mentioned, ie in particular a solidified at room temperature material compared to the starting material such as the mixture of the spray powder according to the invention over the unprocessed starting particles high hardness, wear resistance and especially the has high hot hardness.
  • finished component means a component which has such a finished coating and the term “finished functional layer” means that the functional layer is likewise ready for use as defined above.
  • the reference surface thus the functional layer e.g.
  • the roller can be ground to the roughness required for the particular application.
  • a base alloy in the sense of the present invention is a metallic material, which consists of at least two elements, and its main component a metal is.
  • metallic main component is meant that predominantly metallic particles are present therein.
  • Predominantly means that, measured on all other constituents of the alloy (metallic or non-metallic alloying elements) which together yield 100% by weight, the main constituent constitutes the largest absolute weight% of these alloying elements in the alloy. It can predominantly mean that at least 30% by weight or more (eg 40%, 50%, 60%, 70%) of the main component, measured in terms of the total weight of the base alloy or of the functional layer, are contained in it. This applies analogously to the spray powder.
  • Dispersion-hardening particles in the sense of the present invention are those particles or their precursors (part of the MAX phase which does not completely decompose as a result of the coating), which cause dispersion hardening of the functional layer in the finished coating.
  • the dispersion hardening may be precipitation hardening and then relies on the deposition of stable or metastable phases in finely divided form in the finished functional layer.
  • the precipitated as a result of dispersion hardening particles are called dispersoids.
  • Dispersoids can be (1) coherent or (2) incoherent. That they can (1) have a crystal lattice related to a matrix (here the metal of the functional layer) and clamp the environment. As a result, they cause a higher hardness and / or wear resistance of the matrix.
  • Incoherent dispersoids (2) have a completely different crystal lattice than the metallic matrix of the functional layer and impede dislocation motions in the matrix. As a result, they contribute to increased hardness and / or wear resistance.
  • the particles according to the invention in the finished component represent an effective obstacle to microabrasion of the material of the functional layer.
  • Dispersion-hardening particles in the sense of the invention are preferably dimensioned so small in terms of their mean grain size and / or distributed so finely and homogeneously in the functional layer that they taken by itself 0.01 to 8 weight percent, most preferably account for about 3 percent by weight of all remaining materials of the functional layer.
  • spray powder is basically understood to be the starting material from which the finished functional layer is to be produced.
  • the spray powder according to the invention is a powder for thermal coating.
  • Such a spray powder is a solid material at room temperature and in particular a granular or lumpy mixture, which is present in a pourable form.
  • thermal coating in the context of the present invention provides that for the production of the corresponding coating or functional layer, a material as an injection additive, for example as a powder, wire or otherwise suitable form by means of entry of thermal energy or completely melted and on the is kinetic accelerated to be coated body.
  • the impinging material cools, solidifies and forms a mechanical, such as positive connection, with the body.
  • the production of such a coating can, for example, be effected by means of laser cladding, thermal spraying, PTA (Plasma Transferred Are) spraying or any other adequate heat source.
  • thermal coating in particular in the form of thermal spraying is meant by spray powder of the spray additive, so that starting material, the inside or outside of a spray burner off, on or melted and accelerated, for example in a gas stream in the form of spray particles to the surface of the underlying substrate (eg Body or intermediate layer) to be thrown. Powder is therefore that starting material which is applied to the substrate to be coated for the purpose of producing the corresponding functional layer.
  • An intermetallic phase means an intermetallic compound, that homogeneous chemical compound of two or more metals, which, unlike alloys, has lattice structures different from those of the constituent metals. In their lattice, there is a mixed bond of a metallic bond fraction and lower atomic bonding or ion-binding components, which results in superstructures.
  • a mixed phase is understood to be a homogeneous phase which consists of two or more solid substances or elements and is therefore termed solid solutions or mixed crystals.
  • solid solutions or mixed crystals An example of this are several, different metal ions, which are connected to an oxide.
  • MAX phases occur in 21 1, 312 or 413 phases: 21 1-phase 312-phase 413-phase
  • phase of the Ti 2 SC or Ti 2 AIC fulfills these requirements particularly well.
  • MAX phases decay, it always means a conversion process.
  • the present invention also relates to an aforementioned machine in which the component according to the invention, in particular roller or doctor blade is installed. Furthermore, the present machine also relates to a device for coating, which is set up so that it can perform the coating process according to the invention.
  • the (total) layer thickness of the coating or functional layer can be 50 to 750 m.
  • the functional layer can have a total layer thickness of 200 to 450 m. If the functional layer in layers of a plurality of individual layers is built up, then each single layer can have a layer thickness of 8 to 20 ⁇ .
  • the hardness of the coating or functional layer may be more than 300 HV. If in the context of the invention of HV (hardness Vickers) is mentioned, it is meant that the standard DIN EN ISO 6507 was used to determine this hardness value and the following test conditions of the measurement were based: unilateral diamond pyramid with an opening angle of 136 ° as indenting , specified test load of 2.942 N (hardness symbol 0.3), with which the indenter is pressed into the workpiece, test temperature between 10 ° C and 35 ° C, preferably 23 ° C (+/- 5 ° C).
  • the coating or functional layer or the component can finally also be ground after its / its manufacture.
  • the roughness can then have a Ra value of 0.2 or less, preferably 0, 1, particularly preferably 0.08.
  • a spray powder for use in the production of a functional layer preferably for a component of a machine for producing and / or treating a fibrous web
  • a spray powder for use in the production of a functional layer preferably for a component of a machine for producing and / or treating a fibrous web
  • a spray powder for use in the production of a functional layer preferably for a component of a machine for producing and / or treating a fibrous web
  • a spray powder for use in the production of a functional layer preferably for a component of a machine for producing and / or treating a fibrous web
  • the dispersion-hardening particles are selected such that they set a dispersion hardening in the finished functional layer.
  • dispersion-hardening particles comprise or are produced from metal oxide particles
  • dispersion-hardening particles comprise or are prepared from MAX phase particles.
  • the MAX phase particles are 21 1-phase, 312-phase or 413-phase particles or combinations thereof.
  • the average particle size of the dispersion-hardening particles is in the range of 10 nm to 1 m, and preferably between 50 nm and 500 nm.
  • a coating preferably for use for a component of a machine for producing and / or treating a fibrous web, may be provided
  • • comprises at least one metallic functional layer and dispersion-hardening particles.
  • dispersion-hardening particles comprise or are produced from metal oxide particles.
  • dispersion-hardening particles in the finished functional layer are intermetallic, oxidic phases or their mixed phases.
  • dispersion-hardening particles comprise or are made from MAX phase particles.
  • Phase or 413-phase particles or combinations thereof Phase or 413-phase particles or combinations thereof.
  • the mean grain size of the dispersion-hardening particles in the binder phase is in the range of 10 nm to 1 m, and preferably between 50 nm and 500 nm.
  • At least one metallic functional layer with 29% by weight chromium (Cr), 1, 5
  • a spray powder may be provided for use in the production of a functional layer, preferably for a component of a machine for producing and / or treating a fibrous web, the binder phase comprises dispersion-hardening particles.
  • a mixture of hard-phase particles, binder-phase particles and dispersion-hardening particles is to form a binder phase and a hard phase in the finished functional layer, wherein the dispersion-hardening particles are selected such that they cause dispersion hardening of the binder phase in the finished functional layer.
  • dispersion-hardening particles comprise or are produced from metal oxide particles.
  • dispersion-hardening particles comprise or are made from MAX phase particles.
  • MAX phase particles are 21 1-phase, 312-phase or 413-phase particles or combinations thereof.
  • tungsten carbide (WC) as hard phase particles
  • 14% by weight cobalt (Co) and 1.9% by weight chromium (Cr) as binder phase particles and 0.1% by weight aluminum oxide (Al 2 O 3) as dispersion hardening agent Particles comprises. • 86 wt .-% tungsten carbide (WC) as hard phase particles, 14 wt .-% cobalt (Co) as a binder phase particles and 0.2 wt .-% Ti 2
  • AIC dispersion-hardening particles comprises.
  • the average particle size of the dispersion-hardening particles is in the range of 10 nm to 1 m, and preferably between 50 nm and 500 nm.
  • a coating for use for a component of a machine for producing and / or treating a fibrous web can be provided
  • dispersion-hardening particles comprise or are produced from metal oxide particles.
  • the dispersion-hardening particles in the binder phase of the finished functional layer are intermetallic, oxidic phases or their mixed phases.
  • dispersion-hardening particles comprise or are made from MAX phase particles.
  • MAX phase particles are 21 1-phase, 312-phase or 413-phase particles or combinations thereof.
  • the hard-phase particles are carbides, nitrides or borides of the 4th, 5th or 6th main group of the periodic table or oxide ceramics and mixtures thereof - such as tungsten carbide (WC) - or comprising, and the binder phase particles comprise or are made of a metal or metallic alloy and mixtures thereof, such as cobalt (Co) or nickel-chromium (NiCr).
  • the coating comprising at least one functional layer of a hard phase and a binder phase and the binder phase having dispersion-hardening particles, wherein the hard phase comprises 84% by weight tungsten carbide (WC) and the binder phase comprises 15.8% by weight of cobalt (Co) and an oxide phase of aluminum oxide (Al 2 O 3) and a cobalt-titanium intermetallic phase (CoTi).
  • the hard phase comprises 84% by weight tungsten carbide (WC) and the binder phase comprises 15.8% by weight of cobalt (Co) and an oxide phase of aluminum oxide (Al 2 O 3) and a cobalt-titanium intermetallic phase (CoTi).
  • the 21 1 phases comprise: Ti 2 CdC, Sc 2 InC, Ti 2 AIC, Ti 2 GaC, Ti 2 InC, Ti 2 TIC, V 2 AIC, V 2 GaC, Cr 2 GaC, Ti 2 AIN, Ti 2 GaN, Ti 2 InN, V 2 GaN, Cr 2 GaN, Ti 2 GeC, Ti 2 SnC, Ti 2 PbC, V 2 GeC, Cr 2 AIC, Cr 2 GeC, V 2 PC, V 2 AsC, Ti 2 SC, Zr 2 InC, Zr 2 TIC, Nb 2 AIC, Nb 2 GaC, Nb 2 InC, Mo 2 GaC, Zr 2 lnN, Zr 2 TIN, Zr 2 SnC, Zr 2 PbC, Nb 2 SnC, Nb 2 PC, Nb 2 AsC, Zr 2 SC, Nb 2 SC, Hf 2 lnC, Hf 2 TIC, Ta 2 AIC, Ta 2 GaC, Hf 2 SnC, Hf 2 PbC, V 2 Ga
  • a coating preferably for use for a component of a machine for producing and / or treating a fibrous web, may be provided
  • • comprises at least one functional layer, wherein the at least one functional layer comprises or is produced from MAX phase particles.
  • MAX phase particles are 21 1-phase, 312-phase or 413-phase particles or combinations thereof.
  • the 21 1 phases comprise: Ti 2 CdC, Sc 2 InC, Ti 2 AIC, Ti 2 GaC, Ti 2 InC, Ti 2 TIC, V 2 AIC, V 2 GaC, Cr 2 GaC, Ti 2 AIN, Ti 2 GaN, Ti 2 InN, V 2 GaN, Cr 2 GaN, Ti 2 GeC, Ti 2 SnC, Ti 2 PbC, V 2 GeC, Cr 2 AIC, Cr 2 GeC, V 2 PC, V 2 AsC , Ti 2 SC, Zr 2 InC, Zr 2 TIC, Nb 2 AIC, Nb 2 GaC, Nb 2 InC, Mo 2 GaC, Zr 2 lnN, Zr 2 TIN, Zr 2 SnC, Zr 2 PbC, Nb 2 SnC, Nb 2 PC, Nb 2 AsC, Zr 2 SC, Nb 2 SC, Hf 2 lnC, Hf 2 TIC, Ta 2 AIC, Ta 2 GaC, Hf 2 SnC, Hf 2 PbC, V 2
  • FIG. 1 is a highly schematic representation of two inventively coated rolls
  • FIG. 2 shows a highly schematic representation of the application of a coating according to the invention
  • FIG. 3a, 3b each show an embodiment in a highly schematic partially sectioned view through a component according to the invention coated according to a first alternative of the invention
  • Fig. 4a is a partially cross-sectional view, taken perpendicular to the longitudinal axis of the component of Figs. 3a and 3b according to a first alternative of the invention.
  • Fig. 4b is a partially illustrated cross-section perpendicular to the longitudinal axis of the component of Figs. 3a and 3b according to a second alternative of the invention.
  • FIG. 1 shows schematically two produced according to the invention, successive rolling components in the form of rolls 1 for the production and / or further processing of a fibrous web, such as a paper, board or tissue web, as indicated between these two.
  • Rollers 1 can be part of the machine mentioned at the outset (paper, board or tissue machine) and designed, for example, as calender rolls. In principle, in such a machine, it is not always necessary to roll both rollers 1 shown one on top of the other.
  • the rollers 1 can also be used in various positions in which they come into contact directly or indirectly with a fibrous web 10.
  • the rollers 1 comprise a basic body 2 (see FIG. 3 a) and according to the invention are provided with a coating 5, which may consist of at least one functional layer 4, as will be explained below.
  • Fig. 2 shows a highly schematic of the order of a coating according to the invention.
  • the roll 1 to be coated is used to produce the coating 5 comprising the at least one functional layer 4 (see FIG. 3 a) by means of a thermal coating device 6 for thermal coating.
  • Roller 1 is rotatably mounted about its longitudinal axis and is suitably driven, so that it rotates away under a preferably parallel to the longitudinal axis along the roller 1 relative to this back and forth displaceable applicator 7.
  • the entire surface of the roller 1 can be coated successively, for example in a continuous spiral line.
  • the thermal coating device 6 for producing the roller according to the invention comprises an applicator 7, an optionally switchable material supply 8, an energy source 9 into which a powder, such as spray powder, in the form of a batch is normally introduced, and a protective gas supply, not shown, for feeding of inert gas to the roll 1.
  • the coating device 6 can be designed such that it can perform both thermal spraying and laser cladding.
  • the term laser cladding or a method immediately following this means a coating method, by means of which it is possible to coat the surface to be coated - ie the substrate, such as the main body 2 of Fig. 3a, 3b - even or completely melt.
  • a high heat input is in the known thermal spraying methods, such as the flame, high-speed flame, arc, or Plasma spraying, which leads to the melting or melting of the substrate, not possible.
  • a melting or melting in Lasercladding can be done for example by supplying thermal energy to the substrate to be coated and can be preferably realized by radiation, such as laser radiation.
  • the material of the adhesive or functional layer is generally introduced into laser beam path in the beam path of the laser, melted and applied to the substrate.
  • the laser beam melts the surface of the substrate with respect to the radial thickness at least partially on or completely over its thickness in the radial direction, as far as such a complete melting makes sense.
  • inert gas is presently indicated by the cone, which adjoins the power source 9.
  • the protective gas can serve to entrain and / or accelerate the material, such as spray additive material, which is introduced into the beam path of the energy source 9 for melting.
  • spray additive material such as spray additive material
  • off, on or molten spray powder to the roller to be coated 1 here for example the bare (ie initially uncoated) base body 2 in the form of a cylindrical roller core (see Figure 3a) of the roller 1 is thrown , If the surface of the underlying substrate is also melted, as is the case with laser cladding, then the melted material of the spray powder supplied to the substrate also enters the substrate melt. Otherwise, only a clashing of the impinging at least partially melted spray powder takes place on the surface of the roll 1 to be coated, as is the case in principle with conventional thermal spraying.
  • energy source 9 are therefore basically inductive and plasma-generating devices, devices that emit electron beams or lasers of various types such as CO2 laser, HDPL (High Power Diode Laser) or DDL (Direct Diode Laser) or combinations possible.
  • the thermal coating device 6 can be designed so that both thermal spraying with and without at least partial melting of the underlying Substrate, is possible. This can be achieved, for example, by means of the energy source 9, the thermal energy is adjusted accordingly.
  • FIG. 3b shows by way of example a scraper blade.
  • the latter comprises a base body 2.
  • an edge 1 1 (so-called Wate) formed approximately in the manner of a chamfer.
  • a surface 12 connects.
  • Edge 1 1 and surface 12 form the top of the doctor blade. This can form those, when used properly, the roller or the fibrous web side facing.
  • the surface 12 of the opposite surface of the base body 2 of the doctor blade is referred to as the back 13 (not shown).
  • FIG. 4a shows, in a highly schematic sectional view, a partial cross section perpendicular to the longitudinal axis through the finished coating 5 of the roller 1 from FIG. 3a or perpendicular to the longitudinal axis of the doctor blade shown in FIG. 3b.
  • the figure shows an embodiment according to a first alternative of the invention (functional layer with dispersion-hardening particles). To simplify the illustration, the roll curvature has been disregarded. It should also be noted that the thickness of the coating 5 or of the individual functional layer 4 and of the particles shown therein is not shown to scale.
  • the functional layer 4 is applied directly to the main body 2 - in the case of the roll on the roll core.
  • the latter is made of a base alloy 4.1. It can be an iron or nickel based alloy.
  • the points shown in the base alloy 4.1 are finely distributed dispersion-hardening particles 4.1.1.
  • FIG. 4b shows, in a highly schematic sectional view, a partial cross section perpendicular to the longitudinal axis through the finished coating 5 of the roller 1 from FIG. 3a or perpendicular to the longitudinal axis of the doctor blade shown in FIG. 3b.
  • the FIGURE shows an embodiment according to a second alternative of the invention (functional layer with hard phase and binder phase, wherein the binder phase has dispersion-hardening particles). To simplify the illustration, the roll curvature has been disregarded. It should also be noted that the thickness of the coating 5 or of the individual functional layer 4 and of the particles shown therein is not shown to scale. In the present example, the functional layer 4 is applied directly to the main body 2 - in the case of the roll on the roll core.
  • dispersion-hardening particles according to the invention 4.1 .1 arise during the coating process or are in the form as they appear in the finished coating 5, already in the powder for the production the coating 5 is used before the coating process has been included. If, for example, dispersion-hardening particles 4.1 .1 metal oxide particles such as aluminum oxide (Al 2 O 3) are used in the powder, these particles are contained virtually unchanged in the finished functional layer 4 and lead to the dispersion hardening of the finished functional layer 4 shown.
  • metal oxide particles such as aluminum oxide (Al 2 O 3)
  • dispersion-hardening particles 4.1.1 MAX phase particles such as (eg Ti 2 AIC) used in the powder these particles can completely or partially disintegrate and form the dispersion hardening of the finished functional layer 4 of the coating 5 during the coating process by forming an oxide such as aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and an intermetallic Phase like cobalt-titanium (CoTi). If MAX phase particles persist during the coating process, these also reduce wear. This is due to the incoherent grid structure, as described above.
  • the functional layer 4 is reinforced, which results in an enormous increased abrasion resistance of the functional layer 4. This increases the Wear resistance of the thus coated component, which grinding intervals can be increased.
  • the functional layer of the component as e.g. shown in Figures 1, 2, 3a or 3b is at least partially or completely made of MAX phase particles.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bauteil für eine Maschine zur Herstellung und/oder Behandlung einer Faserstoffbahn, umfassend einen Grundkörper, wenigstens eine, zumindest mittelbar darauf aufgebrachte metallische Funktionsschicht, wobei die wenigstens eine Funktionsschicht dispersionshärtende Partikel oder MAX-Phasenpartikel aufweist oder daraus hergestellt ist.

Description

BAUTEIL FÜR EINE MASCHINE ZUR HERSTELLUNG UND/ODER BEHANDLUNG EINER FASERSTOFFBAHN UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINER BESCHICHTUNG EINES BAUTEILS
Die Erfindung betrifft ein Bauteil für eine Maschine zur Herstellung und/oder Behandlung einer Faserstoffbahn, im Einzelnen gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 . Ferner betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Beschichten eines solchen Bauteils, die Beschichtung selbst und ein Spritzpulver zur Herstellung einer solchen Beschichtung, im Einzelnen gemäß den verbleibenden unabhängigen Ansprüchen.
In der Papierherstellung werden Walzen - beispielsweise in Form von Kalanderwalzen in Glättwerken zur abschließenden Bearbeitung der Oberflächen von Papierbahnen - eingesetzt. Dabei besitzt die Rauheit der Kalanderwalzenoberflächen einen wesentlichen Einfluss auf die Oberflächeneigenschaften des hergestellten Papiers, wie z. B. dessen Glanz und Glätte.
Aufgrund des hohen Anpressdrucks und der hohen Temperaturen, bei denen Kalanderwalzen betrieben werden, ist deren Oberfläche hohen mechanischen und thermischen Belastungen ausgesetzt. Daher werden Kalanderwalzen in der Regel mit einem Walzenbezug versehen, der eine ausreichende Duktilität mit einer hohen Oberflächenhärte verbindet. Unter Walzenbezug im Sinne der vorliegenden Erfindung wird dabei zumindest eine auf einen Walzenkern aufgebrachte Funktionsschicht (auch Bezugsoberfläche genannt) verstanden, deren radial äußere oder äußerste Oberfläche im Betrieb mit der Papierbahn wenigstens mittelbar in Kontakt kommt.
Derartige bekannte Funktionsschichten weisen in der Regel eine Binderphase, die die Aufgabe einer Matrix übernimmt, auf. Eine solche Matrix kann z.B. Nickel, Kobalt oder Eisen aufweisen oder daraus hergestellt sein, die als Binder für eine darin eingebettete Hartphase dient. Die Hartphase kann dabei in Form von harten Partikeln wie Hartstoffkörnern ausgebildet sein. Als Material für die Hartphase werden in der Regel metallartige Carbide, wie beispielsweise Wolframcarbid, Titancarbid oder Chromcarbid, metallische Nitride, wie beispielsweise Titannitrid sowie Mischungen davon und Carbonitride, wie beispielsweise Titancarbonitrid, verwendet. Während das für die Binderphase verwendete Metall in Bezug auf die zu erreichende Duktilität des Walzenbezugs gewählt wird, wird die Härte der Bezugsoberfläche von den darin eingebetteten Hartstoffkörnern bestimmt.
Es ist auch bekannt, für die Funktionsschicht Basislegierungen, wie Eisen- oder Nickelbasislegierungen einzusetzen. Nachteilig an derartigen Basislegierungen sind jedoch deren geringe Verschleißeigenschaften. Diese gehen in der Regel mit einer verringerten Abriebsfestigkeit der Beschichtung einher. In der Vergangenheit hatten derartige Beschichtungen eine geringe Standfestigkeit. Die Bauteile mussten daher eher ausgewechselt bzw. abgeschliffen und wieder neubeschichtet werden. Dies führte zu kleineren Schleif- und Beschichtungsintervallen. Gemäß dem Stand der wurden bisher zwar viele Bemühungen unternommen, um die Verschleißeigenschaften zu verbessern. Diese konnten sich jedoch in der Praxis im Einsatz bei Papiermaschinen nicht durchsetzen.
Bei der Papierherstellung setzen sich grundsätzlich Verunreinigungen, wie beispielsweise Papierfasern oder Strichrückstände infolge eines Streichens der Papierbahn mit Streichfarbe, auf dem Walzenbezug ab. Damit sich diese nicht dauerhaft auf der Walzenoberfläche ablagern und damit die Oberflächenqualität des erzeugten Papiers beeinträchtigen können, werden sogenannte Schaberklingen an die Walzenoberfläche angelegt, die die Verunreinigungen von der Walzenoberfläche entfernen. Solche Schaberklingen können dort, wo sie mit der Walze bzw. deren Walzenbezug in Kontakt kommen, auch mit entsprechenden Funktionsschichten ausgestattet sein.
Die vorliegende Erfindung betrifft derartige beschichtete Walzen und Schaberklingen, ist jedoch nicht ausschließlich auf diese beschränkt, sondern kann auch bei anderen vergleichbar beanspruchten Bauteilen einer Maschine zur Herstellung und/oder Behandlung einer Faserstoffbahn wie Papierbahn angewandt werden. Ein Beispiel für Walzen sind Zentralpresswalzen in der Pressenpartie einer Papiermaschine. Aber auch andere Industriewalzen kommen in Betracht. Für Schaberklingen kommen Messer oder Schaber in Betracht, die in der Maschine wenigstens mittelbar mit der Walze, der Faserstoffbahn oder einer auf diese aufzubringende Beschichtung in Kontakt kommen. Wenigstens mittelbar bedeutet hier, zumindest ein indirekter Kontakt der betreffenden Teile oder aber auch ein direkter, also unmittelbarer Kontakt denkbar ist. So können Schaberklingen Streichmesser zum Auftragen einer Beschichtung auf die Faserstoffbahn, Kreppmesser zum Kreppen einer Faserstoffbahn von einer Walze oder Putzschaber zur Beschaberung einer Walze zu dessen Reinigung sein.
US 2007/0224350 A1 offenbart die Beschichtung von Schabern mittels Dünnschichttechnologie. Dabei wird durch vakuumbasierte Beschichtungsverfahren, wie CVD oder PVD das Ausgangsmaterial für die Beschichtung unter Vakuum in Gasphase gebracht und dann auf das zu beschichtende Bauteil abgeschieden. Das Bauteil muss dazu jedoch aufwändig in eine entsprechende von Luft evakuierbare Kammer eingebracht werden, damit es dort beschichtet werden kann. Dazu ist vergleichsweise hoher anlagentechnischer Aufwand nötig. Die Veröffentlichung beschreibt auch den Einsatz von MAX-Phasen, die mittels der Dünnschichttechnologie abgeschieden werden. US 2007/0224350 A1 lehrt jedoch davon weg, die Beschichtung mittels thermischen Spritzens durchzuführen, da die sich ergebende Porosität nachteilig für den Einsatz des mit der Beschichtung versehenen Produkts sind. Grundsätzlich sind z.B. bei Schabern oder Walzen von Papiermaschinen, die mit Faserstoffbahnen wenigstens mittelbar in Kontakt kommen, vergleichsweise hohe Schichtdicken der Funktionsschicht gefordert. Die Schichtdicke entscheidet über die Standzeit und damit die Wechselintervalle derartiger im bestimmungsgemäßem Betrieb hochbelasteter Schaber bzw. Walzen. Mittels Dünnschichttechnologie herstellbare Beschichtungen ergeben Funktionsschichten mit einer Gesamtdicke von maximal 25 m. Sie sind für den ernsthaften Einsatz in Papiermaschinen viel zu dünn. Sie sind daher auch anfälliger für Risse, die Korrosion des darunterliegenden Substrats und lokale Abplatzungen der Beschichtung fördern. Lagenweise hergestellte Beschichtung mittels Dünnschichttechnologie ergeben zudem sehr dichte Funktionsschichten, die nahezu frei sind von Porositäten. Dies hat den Nachteil, dass sich z.B. mechanische Spannungen - wie Eigenspannungen - im Bauteil erhöhen, was wiederum zu Abplatzungen der Beschichtung führen kann. Bei Beschichtungen mittels Dünnschichttechnologie werden diese lagenweise aufgebaut. Die Beschichtung "wächst" dendritisch nach Art eines Kristalls. Er ergibt sich folglich eine bevorzugte Wachstumsrichtung, über die gesamte Schichtdicke. Daraus folgt, dass die Beschichtung Lage für Lage anisotrope Eigenschaften aufweist. Diese richtungsabhängigen Eigenschaften sind jedoch besonders für Anwendungen in der Streichtechnik, die zu Streifigkeit des gestrichenen Papiers führen kann, unerwünscht.
DE 10 2009 029 698 A1 offenbart eine teilporöse Beschichtung eines Schabers mit einem handelsüblichem Hartmetallpulver mit 8-10% Cobalt und Wolfram monocarbid als Hartstoff. Die Veröffentlichung zeigt jedoch nicht, dass der Hartstoff eine Dispersionshärtung des Cobalts herbeiführt. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Bauteil einer Maschine zur Herstellung und/oder Behandlung einer Faserstoffbahn, wie eine Walze oder eine Schaberklinge anzugeben, mittels welcher die Nachteile infolge des Auswaschens der Binderphase verhindert werden können.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird gemäß dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Der vorliegenden Erfindung liegt eine einzige allgemeine Idee zugrunde, nämlich der Funktionsschicht des Bauteils bestimmte Partikel zuzusetzen, um dadurch den eingangs genannten Nachteilen wirkungsvoll zu begegnen. Die erste Alternative der Erfindung basiert darauf, allgemein die Funktionsschicht mit dispersionshärtenden Partikeln zu versehen. Es ergibt sich somit eine genau zwei Phasen enthaltende Funktionsschicht. Gemäß der zweiten Alternative setzt sich die Funktionsschicht aus einer Hartphase und einer Binderphase zusammen, wobei die dispersionshärtenden Partikel dann der Binderphase zugesetzt sind. So ergibt sich eine Funktionsschicht, die genau drei (unterschiedliche) Phasen aufweist. Anders ausgedrückt sind in ein- und derselben Funktionsschicht gleichzeitig drei (unterschiedliche) Phasen vorhanden. Und gemäß der dritten Alternative enthält die Funktionsschicht MAX- Phasenpartikel. Diese drei Alternativen der einzigen allgemeinen Idee bewirken auch einen gemeinsamen technischen Zusammenhang: Die erfindungsgemäßen Partikel sind im fertigen Bauteil jeweils homogen und fein in der Funktionsschicht (bzw. deren Binderphase) verteilt, sodass sie ein wirksames Hindernis für Mikroabrasion des Materials der Funktionsschicht, die infolge von z.B. mechanischen Belastungen im bestimmungsgemäßem Betrieb des Bauteils innerhalb der Funktionsschicht auftreten, darstellen.
Unter einer Faserstoffbahn im Sinne der Erfindung ist ein Gelege bzw. Gewirre von Fasern, wie Holzfasern, Kunststofffasern, Glasfasern, Kohlenstofffasern, Zusatzstoffen, Additiven oder dergleichen zu verstehen. So kann die Faserstoffbahn beispielsweise als Papier-, Karton- oder Tissuebahn ausgebildet sein, die im Wesentlichen Holzfasern umfassen, wobei geringe Mengen anderer Fasern oder auch Zusatzstoffe und Additive vorhanden sein können.
Unter Bauteil für eine Maschine zur Herstellung und/oder Behandlung einer Faserstoffbahn im Sinne der vorliegenden Erfindung wird beispielsweise eine Walze oder eine Schaberklinge verstanden. Das Bauteil kann dabei einen Grundkörper, im Falle einer Walze einen bevorzugt zylindrischen Walzenkern, im Falle einer Schaberklinge insbesondere einen streifenförmigen Grundkörper, aufweisen. Die Walze kann eine Kalanderwalze oder ein Trockenzylinder, wie Yankee-Zylinder, sein. Sie kann beheizt oder beheizbar ausgeführt sein.
Mit dem Begriff Funktionsschicht im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine Schicht gemeint, welche direkt oder indirekt mit einem weiteren Teil der Maschine in Kontakt kommt. Dieses Teil kann dabei relativ zu dem die Funktionsschicht aufweisenden Bauteil ruhen oder sich bewegen. Mit direkt oder indirekt ist gemeint, dass die Funktionsschicht mittelbar (indirekt auf zumindest eine zwischen Grundkörper und Funktionsschicht angeordnete Zwischenschicht) oder unmittelbar (direkt, also ohne eine Zwischenschicht) auf den Grundkörper aufgebracht ist. Die wenigstens eine Zwischenschicht kann eine Haftschicht sein, welche der Haftvermittlung zwischen einerseits dem Grundkörper und der wenigstens einen Funktionsschicht dient. Im Falle, dass das Bauteil eine Walze ist, ist mit Funktionsschicht jene radial äußere oder äußerste Schicht gemeint, die beispielsweise im Betrieb der Maschine mit der Papierbahn und/oder einer Schaberklinge in Kontakt kommt. Ein Walzenbezug oder eine Schaberklingenbeschichtung im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst daher zumindest die eine Funktionsschicht, kann jedoch auch zusätzlich die wenigstens eine Zwischenschicht aufweisen. Die Funktions- und/oder Zwischenschicht kann/können dabei aus einer Mehrzahl von Einzelschichten, also lagenweise aufgebaut sein.
Die Funktionsschicht kann wenigstens teilweise metallisch sein, also teilweise ein Metall umfassen oder vollständig aus einem solchen hergestellt sein.
Unter Binderphase wird eine Zähigkeitskomponente wie Matrix oder ein Bindemittel verstanden. Mit Hartphase ist eine Hartstoffkomponente gemeint, die in der Binderphase eingebettet ist. Als Materialien für die beiden genannten Phasen können die eingangs genannten Werkstoffe eingesetzt werden. Hartphase und Binderphase der fertigen Beschichtung können zusammen ein Cermet ausbilden. Binder- und Hartphase sind innerhalb derselben Funktionsschicht angeordnet und darin homogen verteilt sein.
Der Begriff fertige Beschichtung meint eine einsatzbereite Beschichtung wie sie für den eingangs genannten Zweck verwendet werden kann, also insbesondere ein bei Zimmertemperatur erstarrter Werkstoff, der verglichen mit dem Ausgangsmaterial wie dem Gemenge des erfindungsgemäßen Spritzpulvers gegenüber den unverarbeiteten Ausgangspartikeln eine hohe Härte, Verschleißfestigkeit und besonders die hohe Warmhärte aufweist. Analog bedeutet der Begriff "fertiges Bauteil" ein Bauteil, das eine solche fertige Beschichtung aufweist und der Begriff "fertige Funktionsschicht", dass die Funktionsschicht ebenfalls wie oben definiert einsatzbereit ist.
Die Bezugsoberfläche also die Funktionsschicht z.B. der Walze kann auf die für den jeweiligen Anwendungsfall erforderliche Rauheit geschliffen werden.
Eine Basislegierung im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein metallischer Werkstoff, der aus zumindest zwei Elementen besteht, und dessen Hauptbestandteil ein Metall ist. Mit metallischem Hauptbestandteil ist gemeint, dass überwiegend metallische Partikel darin vorhanden sind. Überwiegend meint, dass, gemessen an allen weiteren Bestandteilen der Legierung (metallische oder nicht-metallische Legierungselemente), die zusammen 100 Gew.-% ergeben, der Hauptbestandteil den größten absoluten Gew.-%-Wert dieser Legierungselemente in der Legierung ausmacht. Überwiegend kann bedeuten, dass zumindest 30 Gew.-% oder mehr (z.B. 40%, 50%, 60%, 70%) des Hauptbestandteils gemessen an dem Gesamtgewicht der Basislegierung bzw. der Funktionsschicht in dieser enthalten sind. Für das Spritzpulver gilt dies analog.
Dispersionshärtende Partikel sind im Sinne der vorliegenden Erfindung jene Partikel oder deren Vorstufen (infolge der Beschichtung nicht vollständig zerfallender Teil der MAX-Phase), die in der fertigen Beschichtung eine Dispersionshärtung der Funktionsschicht bewirken. Die Dispersionshärtung kann eine Ausscheidungshärtung sein und beruht dann auf der Abscheidung von stabilen oder metastabilen Phasen in fein verteilter Form in der fertigen Funktionsschicht. Die infolge der Dispersionshärtung ausgeschiedenen Partikel werden Dispersoide genannt. Dispersoide können (1 ) kohärent oder (2) inkohärent sein. D.h. sie können (1 ) ein zu einer Matrix (hier dem Metall der Funktionsschicht) verwandtes Kristallgitter aufweisen und verspannen die Umgebung. Dadurch bewirken sie eine höhere Härte und/oder Verschleißfestigkeit der Matrix. Inkohärente Dispersoide (2) besitzen ein gänzlich anderes Kristallgitter als die metallische Matrix der Funktionsschicht und behindern Versetzungsbewegungen in der Matrix. Hierdurch tragen sie zu einer erhöhten Härte und/oder Verschleißfestigkeit bei. Unabhängig von den dargestellten drei Alternativen der einzigen gemeinsamen Idee der Erfindung stellen die erfindungsgemäßen Partikel im fertigen Bauteil ein wirksames Hindernis für Mikroabrasion des Materials der Funktionsschicht dar.
Dispersionshärtende Partikel im Sinne der Erfindung sind bevorzugt hinsichtlich ihrer mittleren Korngröße derart klein bemessen und/oder so fein und homogen in der Funktionsschicht verteilt, dass sie für sich genommen 0,01 bis 8 Gewichtsprozent, besonders bevorzugt etwa 3 Gewichtsprozent aller verbleibenden Werkstoffe der Funktionsschicht ausmachen.
Die erfindungsgemäßen prozentualen Anteile an Hartphasen-, Binderphasen- und dispersionshärtenden Partikeln sollen in den angegebenen Grenzen so gewählt sein, dass diese - abgesehen von Verunreinigungen - zumindest theoretisch zusammen 100% ergeben und stets Hartphasen-, Binderphasen- und dispersionshärtenden Partikeln zusammen vorkommen. Unter Spritzpulver im Sinne der vorliegenden Erfindung wird grundsätzlich das Ausgangsmaterial, aus dem die fertige Funktionsschicht hergestellt werden soll, verstanden. Insbesondere handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Spritzpulver um ein Pulver zum thermischen Beschichten. Ein solches Spritzpulver ist ein bei Raumtemperatur fester Stoff und insbesondere ein körniges oder auch stückiges Gemenge, das in einer schüttfähigen Form vorliegt.
Der Prozess des thermischen Beschichtens im Sinne der vorliegenden Erfindung sieht dabei vor, dass zur Herstellung der entsprechenden Beschichtung bzw. Funktionsschicht ein Werkstoff als Spritzzusatz beispielsweise als Pulver, Draht oder in sonst geeigneter Form mittels Eintrags von thermischer Energie an- oder komplett aufgeschmolzen und auf den zu beschichtenden Grundkörper kinetisch beschleunigt wird. Der auftreffende Werkstoff kühlt ab, erstarrt und bildet eine mechanische, wie formschlüssige Verbindung, mit dem Grundkörper. Die Herstellung einer solchen Beschichtung, kann zum Beispiel mittels Lasercladding, thermischem Spritzen, PTA- Spritzen (Plasma Transferred Are) oder einer sonstigen adäquaten Wärmequelle erfolgen.
Im Falle des thermischen Beschichtens, insbesondere in Form des thermischen Spritzens, ist mit Spritzpulver der Spritzzusatzwerkstoff gemeint, also jenes Ausgangsmaterial, das innerhalb oder außerhalb eines Spritzbrenners ab-, an- oder aufgeschmolzen und z.B. in einem Gasstrom in Form von Spritzpartikeln beschleunigt, um auf die Oberfläche des darunterliegenden Substrats (z.B. Grundkörper oder Zwischenschicht) geschleudert zu werden. Pulver ist also jenes Ausgangsmaterial, das zum Zwecke der Herstellung der entsprechenden Funktionsschicht auf das zu beschichtende Substrat aufgebracht wird. Eine intermetallische Phase meint eine intermetallische Verbindung, also jene homogene chemische Verbindung aus zweien oder mehreren Metallen, die im Gegensatz zu Legierungen Gitterstrukturen aufweist, welche sich von denen der konstituierenden Metalle unterscheiden. In ihrem Gitter herrscht eine Mischbindung aus einem metallischen Bindungsanteil und geringeren Atombindungs- bzw. lonenbindungsanteilen, die in Überstrukturen resultiert.
Unter einer Mischphase wird im Sinne der vorliegenden Erfindung eine homogene Phase verstanden, welche aus zwei oder mehreren festen Stoffen bzw. Elementen besteht und daher als feste Lösungen oder Mischkristalle bezeichnet wird. Ein Beispiel hierfür sind mehrere, verschiedene Metallionen, die mit einem Oxid verbunden sind.
Als oxidische Phasen werden Verbindungen aus Metallionen mit Sauerstoffionen, die unter lonenbindung ein Kristallgitter ausbilden, aufgefasst.
Mit MAX-Phasen sind geschichtete, hexagonale Carbide und Nitride gemeint, die durch die Formel Mn+iAXn, (MAX) beschreibbar sind, wobei gilt: n = 1 bis 3, M ein frühes Übergangsmetall, A ein A-Gruppen-Element (meist die CAS-Gruppen IIIA und IVA oder die Hauptgruppen 13 und 14 des Periodensystems) und X Stickstoff und/oder Kohlenstoff ist. In bisher bekannten Formen treten MAX-Phasen in 21 1 -, 312- bzw. 413-Phasen auf: 21 1 -Phasen 312-Phasen 413-Phasen
Ti2CdC, Sc2lnC, Ti2AIC, Ti3AIC2, Ti AIN3,
Ti2GaC, Ti2lnC, Ti2TIC, V3AIC2, V4AIC3,
V2AIC, V2GaC, Cr2GaC, Ti3SiC2, Ti4GaC3,
Ti2AIN, Ti2GaN, Ti2lnN, Ti3GeC2, Ti4SiC3,
V2GaN, Cr2GaN, Ti2GeC, Ti3SnC2, Ti4GeC3,
Ti2SnC, Ti2PbC, V2GeC, Ta3AIC2 Nb4AIC3,
Cr2AIC, Cr2GeC, V2PC, Ta4AIC3
V2AsC, Ti2SC, Zr2lnC,
Zr2TIC, Nb2AIC, Nb2GaC,
Nb2lnC, Mo2GaC, Zr2lnN,
Zr2TIN, Zr2SnC, Zr2PbC,
Nb2SnC, Nb2PC, Nb2AsC,
Zr2SC, Nb2SC, Hf2lnC,
Hf2TIC, Ta2AIC, Ta2GaC,
Hf2SnC, Hf2PbC, Hf2SnN,
Hf2SC
Als für die vorliegende Erfindung besonders geeignet haben sich jene Phasen erwiesen, die kommerziell als Pulver erhältlich sind, in diesem homogen (also ohne Bildung von Agglomeraten) verteilt sind und im thermischen Beschichtungsprozess deren Element der A-Gruppe in ein Metalloxid fein dispergiert zerfallen. Besonders gut erfüllt die Phase des Ti2SC oder Ti2AIC diese Anforderungen. Wenn gemäß der vorliegenden Erfindung die Rede davon ist, dass MAX-Phasen zerfallen, so ist damit stets ein Umwandlungsprozess gemeint. Diese Partikel können dann ganz oder teilweise umgewandelt werden z.B. in ein Oxid und eine intermetallische Phase.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine eingangs genannte Maschine, in der das erfindungsgemäße Bauteil, insbesondere Walze oder Schaberklinge verbaut ist. Ferner betrifft die vorliegende Maschine auch eine Vorrichtung zur Beschichtung, die derart eingerichtet ist, dass sie das erfindungsgemäße Verfahren zur Beschichtung ausführen kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die (Gesamt-)Schichtdicke der Beschichtung bzw. Funktionsschicht 50 bis 750 m betragen. Besonders bevorzugt kann die Funktionsschicht eine Gesamtschichtdicke von 200 bis 450 m aufweisen. Falls die Funktionsschicht lagenweise aus einer Mehrzahl von Einzelschichten aufgebaut wird, dann kann jede Einzelschicht eine Schichtdicke von 8 bis 20 μΓη aufweisen.
Alternativ oder zusätzlich kann die Härte der Beschichtung bzw. Funktionsschicht mehr als 300 HV betragen. Wenn im Sinne der Erfindung von HV (Härte Vickers) die Rede ist, ist gemeint, dass zur Ermittlung dieses Härtewerts die Norm DIN EN ISO 6507 angewendet wurde und die folgenden Prüfbedingungen der Messung zugrunde lagen: Gleichseitige Diamantpyramide mit einem Öffnungswinkel von 136° als Eindringkörper, festgelegte Prüfkraft von 2,942 N (Härtesymbol 0,3), mit der der Eindringkörper in das Werkstück eingedrückt wird, Prüftemperatur zwischen 10 °C und 35 °C, bevorzugt 23 °C (+/- 5 °C).
Die Beschichtung bzw. Funktionsschicht bzw. das Bauteil kann nach ihrer/seiner Herstellung abschließend auch geschliffen sein. Die Rauheit kann dann einen RaWert von 0,2 oder kleiner, bevorzugt 0, 1 , besonders bevorzugt 0,08 betragen.
Gemäß einer ersten Alternative der vorliegenden Erfindung (Funktionsschicht mit dispersionshärtenden Partikeln) kann ein Spritzpulver zur Verwendung bei der Herstellung einer Funktionsschicht, bevorzugt für ein Bauteil einer Maschine zur Herstellung und/oder Behandlung einer Faserstoffbahn, vorgesehen sein, das ein Gemenge aus überwiegend metallischen Partikeln und dispersionshärtenden Partikeln ist, wobei die dispersionshärtenden Partikel derart ausgewählt sind, dass diese in der fertigen Funktionsschicht eine Dispersionshärtung einstellen.
dadurch gekennzeichnet ist, dass die dispersionshärtenden Partikel Metalloxidpartikel umfassen oder daraus hergestellt sind,
dadurch gekennzeichnet ist, dass die dispersionshärtenden Partikel MAX- Phasenpartikel umfassen oder daraus hergestellt sind.
dadurch gekennzeichnet ist, dass die MAX-Phasenpartikel 21 1 -Phasen-, 312- Phasen- oder 413-Phasen-Partikel oder Kombinationen hiervon sind. • folgende Komponenten umfasst: 29 Gew.-% Chrom (Cr), 1 ,5 Gew.-% Mangan (Mn), 1 ,5 Gew.-% Silizium (Si), 3,8 Gew.-% Bor (B) sowie 0,5 Gew.-% Aluminiumoxid (AI2O3) oder Ti2AIC an dispersionshärtenden Partikeln und als Rest Eisen (Fe).
• dadurch gekennzeichnet ist, dass die mittlere Korngröße der dispersionshärtenden Partikel im Bereich von 10 nm bis 1 m und bevorzugt zwischen 50 nm und 500 nm liegt.
Gemäß einer ersten Alternative der vorliegenden Erfindung (Funktionsschicht mit dispersionshärtenden Partikeln) kann eine Beschichtung, bevorzugt zur Verwendung für ein Bauteil einer Maschine zur Herstellung und/oder Behandlung einer Faserstoffbahn vorgesehen sein, die
• zumindest eine metallische Funktionsschicht und dispersionshärtende Partikel umfasst.
• dadurch gekennzeichnet ist, dass die dispersionshärtenden Partikel Metalloxidpartikel umfassen oder daraus hergestellt sind.
• dadurch gekennzeichnet ist, dass die dispersionshärtenden Partikel in der fertigen Funktionsschicht intermetallische, oxidische Phasen oder deren Mischphasen sind.
• dadurch gekennzeichnet ist, dass die dispersionshärtenden Partikel MAX- Phasenpartikel umfassen oder daraus hergestellt sind.
• dadurch gekennzeichnet ist, dass die MAX-Phasenpartikel 21 1 -Phasen-, 312-
Phasen- oder 413-Phasen-Partikel oder Kombinationen hiervon sind.
• dadurch gekennzeichnet ist, dass die mittlere Korngröße der dispersionshärtenden Partikel in der Binderphase im Bereich von 10 nm bis 1 m und bevorzugt zwischen 50 nm und 500 nm liegt.
• zumindest eine metallische Funktionsschicht mit 29 Gew.-% Chrom (Cr), 1 ,5
Gew.-% Mangan (Mn), 1 ,5 Gew.-% Silizium (Si), 3,8 Gew.-% Bor (B) sowie 0,5 Gew.-% Aluminiumoxid (AI2Ü3) oder Ti2AIC an dispersionshärtenden Partikeln und als Rest Eisen (Fe) umfasst. Gemäß einer zweiten Alternative der vorliegenden Erfindung (Funktionsschicht mit Hartphase und Binderphase, wobei die Binderphase dispersionshärtende Partikel aufweist) kann ein Spritzpulver zur Verwendung bei der Herstellung einer Funktionsschicht, bevorzugt für ein Bauteil einer Maschine zur Herstellung und/oder Behandlung einer Faserstoffbahn, vorgesehen sein, das
• ein Gemenge aus Hartphasenpartikeln, Binderphasenpartikeln und dispersionshärtenden Partikeln ist, um bei der fertigen Funktionsschicht eine Binderphase und eine Hartphase auszubilden, wobei die dispersionshärtenden Partikel derart ausgewählt sind, dass diese in der fertigen Funktionsschicht eine Dispersionshärtung der Binderphase bewirken.
• 70 bis 90 Gew.-% Hartphasenpartikel, 10 bis 30 Gew.-% Binderphasenpartikel und 0,05 bis 3 Gew.-% dispersionshärtende Partikel umfasst.
• dadurch gekennzeichnet ist, dass die dispersionshärtenden Partikel Metalloxidpartikel umfassen oder daraus hergestellt sind.
• dadurch gekennzeichnet ist, dass die dispersionshärtenden Partikel MAX- Phasenpartikel umfassen oder daraus hergestellt sind.
• dadurch gekennzeichnet ist, dass die MAX-Phasenpartikel 21 1 -Phasen-, 312- Phasen- oder 413-Phasen-Partikel oder Kombinationen hiervon sind.
• dadurch gekennzeichnet ist, dass die Hartphasenpartikel Carbide, Nitride oder Boride der 4., 5. oder 6. Hauptgruppe des Periodensystems sowie Gemische hiervon - wie Wolframcarbid (WC) - umfassen oder daraus hergestellt ist, und die Binderphasenpartikel ein Metall oder eine metallische Legierung sowie Gemische hiervon - wie Cobalt (Co) oder Nickel-Chrom (NiCr) - umfassen oder daraus hergestellt sind.
• 84 Gew.-% Wolframcarbid (WC) als Hartphasenpartikel, 14 Gew.-% Cobalt (Co) und 1 ,9 Gew.-% Chrom (Cr) als Binderphasenpartikel und 0, 1 Gew.-% Aluminiumoxid (AI2O3) als dispersionshärtende Partikel umfasst. • 86 Gew.-% Wolframcarbid (WC) als Hartphasenpartikel, 14 Gew.-% Cobalt (Co) als Binderphasenpartikel und 0,2 Gew.-% Ti2AIC an dispersionshärtenden Partikeln umfasst.
• dadurch gekennzeichnet ist, dass die mittlere Korngröße der dispersionshärtenden Partikel im Bereich von 10 nm bis 1 m und bevorzugt zwischen 50 nm und 500 nm liegt.
Gemäß einer zweiten Alternative der vorliegenden Erfindung (Funktionsschicht mit Hartphase und Binderphase, wobei die Binderphase dispersionshärtende Partikel aufweist) kann eine Beschichtung zur Verwendung für ein Bauteil einer Maschine zur Herstellung und/oder Behandlung einer Faserstoffbahn, vorgesehen sein, die
• zumindest eine Funktionsschicht aus einer Hartphase, umfassend Hartphasenpartikel und einer Binderphase, umfassend Binderphasenpartikel aufweist und die Binderphase dispersionshärtende Partikel umfasst.
• dadurch gekennzeichnet ist, dass die Funktionsschicht 70 bis 90 Gew.-% die Hartphase bildende Hartphasenpartikel, 10 bis 30 Gew.-% die Binderphase bildende Binderphasenpartikel und 0,05 bis 3 Gew.-% dispersionshärtende Partikel umfasst.
• dadurch gekennzeichnet ist, dass die dispersionshärtenden Partikel Metalloxidpartikel umfassen oder daraus hergestellt sind.
• dadurch gekennzeichnet ist, dass die dispersionshärtenden Partikel in der Binderphase der fertigen Funktionsschicht intermetallische, oxidische Phasen oder deren Mischphasen sind.
• dadurch gekennzeichnet ist, dass die dispersionshärtenden Partikel MAX- Phasenpartikel umfassen oder daraus hergestellt sind.
• dadurch gekennzeichnet ist, dass die MAX-Phasenpartikel 21 1 -Phasen-, 312- Phasen- oder 413-Phasen-Partikel oder Kombinationen hiervon sind.
• dadurch gekennzeichnet ist, dass die Hartphasenpartikel Carbide, Nitride oder Boride der 4., 5. oder 6. Hauptgruppe des Periodensystems oder Oxidkeramiken sowie Gemische hiervon - wie Wolframcarbid (WC) - umfassen oder daraus hergestellt ist, und die Binderphasenpartikel ein Metall oder eine metallische Legierung sowie Gemische hiervon - wie Cobalt (Co) oder Nickel-Chrom (NiCr) - umfassen oder daraus hergestellt sind.
• dadurch gekennzeichnet ist, dass die mittlere Korngröße der dispersionshärtenden Partikel in der Binderphase im Bereich von 10 nm bis 1 m und bevorzugt zwischen 50 nm und 500 nm liegt.
• zur Verwendung für ein Bauteil für eine Maschine zur Herstellung und/oder Behandlung einer Faserstoffbahn vorgesehen ist, wobei die Beschichtung zumindest eine Funktionsschicht aus einer Hartphase und einer Binderphase umfasst und die Binderphase dispersionshärtende Partikel aufweist, wobei die die Hartphase 84 Gew.-% Wolframcarbid (WC) und die Binderphase 15,9 Gew.-% Cobalt-Chrom (CoCr) und 0, 1 Gew.-% Aluminiumoxid (Al203) umfasst.
• zur Verwendung für ein Bauteil für eine Maschine zur Herstellung und/oder Behandlung einer Faserstoffbahn vorgesehen ist, wobei die Beschichtung zumindest eine Funktionsschicht aus einer Hartphase und einer Binderphase umfasst und die Binderphase dispersionshärtende Partikel aufweist, wobei die die Hartphase 84 Gew.-% Wolframcarbid (WC) und die Binderphase 15,8 Gew.-% Cobalt (Co) und eine oxidische Phase aus Aluminiumoxid (AI2Ü3) und eine intermetallische Phase aus Cobalt-Titan (CoTi) umfasst.
Gemäß einer dritten Alternative der vorliegenden Erfindung (Funktionsschicht mit MAX-Phasenpartikeln) kann ein Spritzpulver zur Verwendung bei der Herstellung einer Funktionsschicht, bevorzugt für ein Bauteil einer Maschine zur Herstellung und/oder Behandlung einer Faserstoffbahn vorgesehen sein, das
• MAX-Phasenpartikel umfasst oder daraus hergestellt ist.
• dadurch gekennzeichnet ist, dass die MAX-Phasenpartikel 21 1 -Phasen-, 312- Phasen- oder 413-Phasen-Partikel oder Kombinationen hiervon sind.
• dadurch gekennzeichnet ist, dass die 21 1 -Phasen umfassen: Ti2CdC, Sc2lnC, Ti2AIC, Ti2GaC, Ti2lnC, Ti2TIC, V2AIC, V2GaC, Cr2GaC, Ti2AIN, Ti2GaN, Ti2lnN, V2GaN, Cr2GaN, Ti2GeC, Ti2SnC, Ti2PbC, V2GeC, Cr2AIC, Cr2GeC, V2PC, V2AsC, Ti2SC, Zr2lnC, Zr2TIC, Nb2AIC, Nb2GaC, Nb2lnC, Mo2GaC, Zr2lnN, Zr2TIN, Zr2SnC, Zr2PbC, Nb2SnC, Nb2PC, Nb2AsC, Zr2SC, Nb2SC, Hf2lnC, Hf2TIC, Ta2AIC, Ta2GaC, Hf2SnC, Hf2PbC, Hf2SnN, Hf2SC, die 312-Phasen umfassen: Ti3AIC2, V3AIC2, Ti3SiC2, Ti3GeC2, Ti3SnC2, Ta3AIC2; und die 413- Phasen umfassen: Ti4AIN3, V4AIC3, Ti4GaC3, Ti4SiC3, Ti4GeC3, Nb4AIC3, Ta4AIC3.
Gemäß einer dritten Alternative der vorliegenden Erfindung (Funktionsschicht mit MAX-Phasenpartikeln) kann eine Beschichtung, bevorzugt zur Verwendung für ein Bauteil einer Maschine zur Herstellung und/oder Behandlung einer Faserstoffbahn vorgesehen sein, die
• zumindest eine Funktionsschicht aufweist, wobei die wenigstens eine Funktionsschicht MAX-Phasenpartikel umfasst oder daraus hergestellt ist.
• dadurch gekennzeichnet ist, dass die MAX-Phasenpartikel 21 1 -Phasen-, 312- Phasen- oder 413-Phasen-Partikel oder Kombinationen hiervon sind.
• dadurch gekennzeichnet ist, dass die 21 1 -Phasen umfassen: Ti2CdC, Sc2lnC, Ti2AIC, Ti2GaC, Ti2lnC, Ti2TIC, V2AIC, V2GaC, Cr2GaC, Ti2AIN, Ti2GaN, Ti2lnN, V2GaN, Cr2GaN, Ti2GeC, Ti2SnC, Ti2PbC, V2GeC, Cr2AIC, Cr2GeC, V2PC, V2AsC, Ti2SC, Zr2lnC, Zr2TIC, Nb2AIC, Nb2GaC, Nb2lnC, Mo2GaC, Zr2lnN, Zr2TIN, Zr2SnC, Zr2PbC, Nb2SnC, Nb2PC, Nb2AsC, Zr2SC, Nb2SC, Hf2lnC, Hf2TIC, Ta2AIC, Ta2GaC, Hf2SnC, Hf2PbC, Hf2SnN, Hf2SC, die 312-Phasen umfassen: Ti3AIC2, V3AIC2, Ti3SiC2, Ti3GeC2, Ti3SnC2, Ta3AIC2; und die 413- Phasen umfassen: Ti4AIN3, V4AIC3, Ti4GaC3, Ti4SiC3, Ti4GeC3, Nb4AIC3, Ta4AIC3.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ohne Einschränkung des zugrunde liegenden Erfindungsgedankens näher beschrieben. In den Figuren zeigen:
Fig. 1 eine stark schematisierte Darstellung zweier erfindungsgemäß beschichteter Walzen; Fig. 2 eine stark schematisierte Darstellung des Auftrags einer erfindungsgemäßen Beschichtung; Fig. 3a, 3b jeweils eine Ausführungsform in einer stark schematisierte teilgeschnittenen Ansicht durch ein erfindungsgemäß beschichtetes Bauteil gemäß einer ersten Alternative der Erfindung;
Fig. 4a einen teilweise dargestellten Querschnitt senkrecht zur Längsachse des Bauteils aus den Fig. 3a bzw. 3b gemäß einer ersten Alternative der Erfindung.
Fig. 4b einen teilweise dargestellten Querschnitt senkrecht zur Längsachse des Bauteils aus den Fig. 3a bzw. 3b gemäß einer zweiten Alternative der Erfindung.
Die Figuren 1 , 2, 3a und 3b zeigen eine Ausführungsform der Erfindung wie sie gemäß einer der drei genannten Alternativen realisiert werden könnte. Fig. 1 zeigt schematisch zwei gemäß der Erfindung hergestellte, aufeinander abwälzende Bauteile in Form von Walzen 1 zur Herstellung und/oder Weiterverarbeitung einer Faserstoffbahn, wie einer Papier-, Karton- oder Tissuebahn, wie sie zwischen diesen beiden angedeutet ist. Walzen 1 können Teil der eingangs genannten Maschine (Papier-, Karton- oder Tissuemaschine) und z.B. als Kalanderwalzen ausgeführt sein. In einer solchen Maschine müssen grundsätzlich nicht immer beide gezeigten Walzen 1 aufeinander abwälzen. Die Walzen 1 können auch in verschiedenen Positionen, bei der sie direkt oder indirekt mit einer Faserstoffbahn 10 in Kontakt treten, zur Anwendung kommen. In der Position als Zentralpresswalze in der Pressenpartie einer Papiermaschine werden technisch höchste Anforderungen an die Walze 1 bzw. deren Beschichtung gestellt. Dies trifft insbesondere auf die Blattabgabeeigenschaften, die Verschleißbeständigkeit bei hohen Linienlasten in Pressnips und die Korrosionsbeständigkeit in nasser Umgebung zu. Die Walzen 1 umfassen einen Grundkörper 2 (siehe Fig. 3a) und sind erfindungsgemäß mit einer Beschichtung 5 versehen, welche aus zumindest einer Funktionsschicht 4 bestehen kann, wie dies noch nachfolgend ausgeführt wird. Die Fig. 2 zeigt stark schematisiert den Auftrags einer erfindungsgemäßen Beschichtung.
Die zu beschichtende Walze 1 wird zum Herstellen der Beschichtung 5 umfassend die wenigstens einen Funktionsschicht 4 (siehe Fig. 3a) mittels einer thermischen Beschichtungsvorrichtung 6 zum thermischen Beschichten beaufschlagt. Walze 1 ist dabei um ihre Längsachse rotierend gelagert und wird geeignet angetrieben, so dass sie sich unter einer vorzugsweise parallel zur Längsachse entlang der Walze 1 relativ zu dieser hin- und her verschieblichen Auftragsvorrichtung 7 hinwegdreht. Dadurch kann die gesamte Oberfläche der Walze 1 sukzessive, beispielsweise in einer kontinuierlichen Spirallinie beschichtet werden. Es ist jedoch auch möglich, die Funktionsschicht 4 in anderer Weise aufzubringen, z. B. in radialen Ringen oder axialen Streifen.
Die thermische Beschichtungsvorrichtung 6 zur Herstellung der erfindungsgemäßen Walze umfasst vorliegend eine Auftragsvorrichtung 7, eine wahlweise zu- und abschaltbare Werkstoffzufuhr 8, eine Energiequelle 9, in welche gewöhnlich ein Pulver, wie Spritzpulver, in Form eines Gemenges eingetragen wird sowie eine nicht gezeigte Schutzgaszufuhr zum Zuführen von Schutzgas an die Walze 1 . Die Beschichtungsvorrichtung 6 kann derart ausgeführt sein, dass sie sowohl das thermische Spritzen als auch Lasercladding durchführen kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff Lasercladding oder einem diesen gleich kommenden Verfahren ein Beschichtungsverfahren verstanden, mittels welchem es möglich ist die zu beschichtende Oberfläche - also das Substrat, wie der Grundkörper 2 aus Fig. 3a, 3b - selbst an- oder auch komplett aufzuschmelzen. Ein solch hoher Wärmeintrag ist bei den bekannten thermischen Spritzverfahren, wie beispielsweise dem Flamm-, Hochgeschwindigkeitsflamm-, Lichtbogen-, oder Plasmaspritzen, der zur An- oder Aufschmelzung des Substrats führt, nicht möglich. Ein An- oder Aufschmelzen beim Lasercladding kann beispielsweise durch Zufuhr von thermischer Energie zu dem zu beschichtenden Substrat erfolgen und kann bevorzugt durch Strahlung, wie Laserstrahlung verwirklicht werden. So wird grundsätzlich beim Lasercladding in den Strahlengang des Lasers der Werkstoff der Haft- oder Funktionsschicht eingebracht, aufgeschmolzen und auf das Substrat aufgebracht. Gleichzeitig schmilzt der Laserstrahl die Oberfläche des Substrats hinsichtlich der radialen Dicke zumindest teilweise an- oder komplett über ihrer Dicke in Radialrichtung gesehen auf, soweit ein solches komplettes Aufschmelzen sinnvoll ist.
Die Ausbringung von Schutzgas ist vorliegend durch den Kegel, der sich an die Energiequelle 9 anschließt, angedeutet. Das Schutzgas kann zur Mitnahme und/oder Beschleunigung des Werkstoffs wie Spritzzusatzwerkstoffs, das zum Aufschmelzen in den Strahlengang der Energiequelle 9 eingebracht wird, dienen. Beim konventionellen thermischen Spritzen wird das mittels Schutzgas beschleunigte, ab-, an- oder aufgeschmolzene Spritzpulver auf die zu beschichtende Walze 1 , hier beispielsweise den nackten (also zunächst unbeschichteten) Grundkörper 2 in Form eines zylindrischen Walzenkerns (siehe Figur 3a) der Walze 1 geschleudert. Wird die Oberfläche des darunterliegenden Substrats mit aufgeschmolzen, wie diese beim Lasercladding der Fall ist, so gelangt der dem Substrat zugeführte, aufgeschmolzene Werkstoff des Spritzpulvers mit in die Substratschmelze. Ansonsten findet lediglich eine Verkrallung des auftreffenden zumindest teilweise geschmolzenen Spritzpulvers auf der zu beschichtenden Oberfläche der Walze 1 statt, wie dies grundsätzlich beim herkömmlichen thermischen Spritzen der Fall ist.
Als Energiequelle 9 sind daher grundsätzlich induktive sowie plasmaerzeugende Vorrichtungen, Vorrichtungen, die Elektronenstrahlen abgeben oder Laser verschiedener Typen wie CO2-Laser, HDPL (High Power Diode Laser) oder DDL (Direct Diode Laser) oder Kombinationen möglich. Grundsätzlich kann die thermische Beschichtungsvorrichtung 6 so ausgeführt sein, dass sowohl ein thermisches Spritzen mit als auch ohne zumindest teilweise Anschmelzen des darunterliegenden Substrats, möglich ist. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass mittels der Energiequelle 9 die thermische Energie entsprechend einstellbar ist.
Die Figuren 3a und 3b zeigen jeweils in stark schematischer Ansicht eine teilgeschnittene Darstellung eines erfindungsgemäßen Bauteils mit einer Beschichtung 5 entlang der jeweiligen Längsachse. Die Darstellung ist daher unmaßstäblich, insbesondere was die Dicke der Funktionsschicht in Bezug auf den Grundkörper 2 angeht. In Figur 3a ist eine Walze 1 , wie sie in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist, zu sehen. Ersichtlich ist, dass diese einen Grundkörper 2 in Form eines Walzenkerns aufweist. Der Walzenkern kann dabei ein Zylinder oder Hohlzylinder aus Stahl oder einen sonstigen geeigneten Material sein. Auf den Grundkörper 2 ist vorliegend eine Beschichtung 5 mit einer einzigen Funktionsschicht 4 aufgebracht. Sie bildet die radial äußerste Oberfläche der Walze 1 , die im bestimmungsgemäßem Gebrauch in der Maschine wenigstens mittelbar (z.B. indirekt über ein Filz oder direkt) mit der Faserstoffbahn in Kontakt kommt.
Figur 3b zeigt beispielhaft eine Schaberklinge. Letztere umfasst einen Grundkörper 2. An dem Breitenrand 3 (die Breitenrichtung verläuft senkrecht zur dargestellten Längsachse der Schaberklinge in der Darstellung in Horizontalrichtung) des Grundkörpers 2 ist eine Kante 1 1 (sog. Wate) etwa nach Art eines Fase ausgebildet. An die Kante 1 1 schließt sich einerseits der Breitenrand 3 und andererseits eine Fläche 12 an. Kante 1 1 und Fläche 12 bilden die Oberseite der Schaberklinge. Diese kann jene, bei bestimmungsgemäßem Gebrauch der Walze bzw. der Faserstoffbahn zugewandte Seite bilden. Die der Fläche 12 gegenüberliegende Fläche des Grundkörpers 2 der Schaberklinge wird als Rückseite 13 (nicht dargestellt) bezeichnet. Im vorliegenden Fall ist lediglich der Breitenrand 3, die Kante 1 1 sowie ein Teil der Fläche 12 des Grundkörpers 2 mit einer Beschichtung 5, umfassend genau eine Funktionsschicht 4, versehen. Daher ist nicht der gesamte Grundkörper 2 der Schaberklinge vollständig mit der Beschichtung 5 bzw. Funktionsschicht 4 versehen. Es genügt, wenn nur der Grundkörper 2 an einem Teil dessen Oberfläche - bevorzugt nur ein Teil der genannten Oberseite - beschichtet ist. Jedoch wäre es auch denkbar alternativ oder zusätzlich (nur) die Rückseite des Grundkörpers 2 mit einer solchen Funktionsschicht, zumindest teilweise, wenn nicht gar vollständig zu versehen.
In der Fig. 4a ist in einer stark schematisierten Schnittansicht ein teilweiser Querschnitt senkrecht zur Längsachse durch die fertige Beschichtung 5 der Walze 1 aus Figur 3a bzw. senkrecht zur Längsachse der in Figur 3b dargestellten Schaberklinge, gezeigt. Die Figur zeigt eine Ausführungsform gemäß einer ersten Alternative der Erfindung (Funktionsschicht mit dispersionshärtenden Partikeln). Zur Vereinfachung der Darstellung ist die Walzenkrümmung außer Acht gelassen worden. Ebenfalls ist anzumerken, dass die Dicke der Beschichtung 5 bzw. der einzelnen Funktionsschicht 4 sowie der darin gezeigten Partikel nicht maßstabsgetreu dargestellt ist.
Im vorliegenden Beispiel ist unmittelbar auf den Grundkörper 2 - im Falle der Walze auf den Walzenkern - die Funktionsschicht 4 aufgebracht. Letztere ist aus einer Basislegierung 4.1 hergestellt. Sie kann einen Eisen- oder Nickelbasislegierung sein. Die dargestellten Punkte in der Basislegierung 4.1 sind die darin fein verteilten dispersionshärtenden Partikel 4.1.1 .
In der Fig. 4b ist in einer stark schematisierten Schnittansicht ein teilweiser Querschnitt senkrecht zur Längsachse durch die fertige Beschichtung 5 der Walze 1 aus Figur 3a bzw. senkrecht zur Längsachse der in Figur 3b dargestellten Schaberklinge, gezeigt. Die Figur zeigt eine Ausführungsform gemäß einer zweiten Alternative der Erfindung (Funktionsschicht mit Hartphase und Binderphase, wobei die Binderphase dispersionshärtende Partikel aufweist). Zur Vereinfachung der Darstellung ist die Walzenkrümmung außer Acht gelassen worden. Ebenfalls ist zu bemerken, dass die Dicke der Beschichtung 5 bzw. der einzelnen Funktionsschicht 4 sowie der darin gezeigten Partikel nicht maßstabsgetreu dargestellt ist. Im vorliegenden Beispiel ist unmittelbar auf den Grundkörper 2 - im Falle der Walze auf den Walzenkern - die Funktionsschicht 4 aufgebracht. Letztere umfasst eine Binderphase 4.1 (teils gepunktet dargestellt) sowie eine Hartphase 4.2. In der Binderphase 4.1 ist die Hartphase 4.2 eingebettet, sodass die Binderphase 4.1 die Hartphase 4.2 umgibt. Die Binderphase 4.1 dient somit als Matrix für die Hartphase 4.2, die Hartstoffpartikel 4.2.1 umfasst bzw. aus diesen besteht. Die dargestellten Punkte in der Binderphase 4.1 sind die fein verteilten dispersionshärtenden Partikel 4.1 .1 .
Diese erfindungsgemäßen dispersionshärtenden Partikel 4.1 .1 gemäß den ersten beiden Alternativen der Erfindung - Figuren 4a und 4b - können entweder während des Beschichtungsprozesses entstehen oder aber sind in der Form, wie sie in der fertigen Beschichtung 5 auftauchen, bereits in dem Pulver, das zur Herstellung der Beschichtung 5 verwendet wird, vor dem Beschichtungsprozess enthalten gewesen. Werden z.B. als dispersionshärtende Partikel 4.1 .1 Metalloxidpartikel wie Aluminiumoxid (AI2O3) im Pulver eingesetzt, so sind diese Partikel in der fertigen Funktionsschicht 4 nahezu unverändert enthalten und führen zu der dargestellten Dispersionshärtung der fertigen Funktionsschicht 4. Werden z.B. hingegen als dispersionshärtende Partikel 4.1.1 MAX-Phasenpartikel wie (z.B. Ti2AIC) im Pulver verwendet, so können diese Partikel ganz oder teilweise zerfallen und bilden während des Beschichtungsprozesses die Dispersionshärtung der fertigen Funktionsschicht 4 der Beschichtung 5 durch Bildung eines Oxids wie Aluminiumoxid (AI2O3) und einer intermetallische Phase wie Cobalt-Titan (CoTi). Bleiben MAX-Phasenpartikel beim Beschichtungsprozess bestehen, so wirken sich auch diese verschleißmindernd aus. Dies liegt an der inkohärenten Gitterstruktur, wie eingangs beschrieben.
Unabhängig davon, welche der erfindungsgemäßen dispersionshärtenden Partikel 4.1 .1 verwendet werden, kommt es infolge dieser Dispersionshärtung es zu einer Verstärkung der Funktionsschicht 4, was sich in einer immens erhöhten Abriebsfestigkeit der Funktionsschicht 4 zeigt. Dadurch erhöht sich die Verschleißfestigkeit des so beschichteten Bauteils, wodurch Schleifintervalle vergrößert werden können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform, die der dritten Alternative der Erfindung entspricht ist die Funktionsschicht des Bauteils, wie es z.B. in den Figuren 1 , 2, 3a oder 3b gezeigt ist wenigstens teilweise oder vollständig aus MAX-Phasenpartikeln hergestellt.

Claims

Patentansprüche
1 . Bauteil für eine Maschine zur Herstellung und/oder Behandlung einer Faserstoffbahn, umfassend einen Grundkörper (2), wenigstens eine, zumindest mittelbar darauf aufgebrachte metallische Funktionsschicht (4), wobei die wenigstens eine Funktionsschicht (4) dispersionshärtende Partikel (4.1 .1 ) aufweist.
2. Bauteil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsschicht (4) eine Basislegierung wie Eisenbasislegierung oder Nickelbasislegierung umfasst oder daraus hergestellt ist.
3. Bauteil für eine Maschine zur Herstellung und/oder Behandlung einer Faserstoffbahn, umfassend einen Grundkörper (2), wenigstens eine, zumindest mittelbar darauf aufgebrachte metallische Funktionsschicht (4), wobei die wenigstens eine Funktionsschicht (4) eine Hartphase (4.2) und eine Binderphase (4.1 ) umfasst und die Binderphase (4.1 ) dispersionshärtende Partikel (4.1.1 ) aufweist.
4. Bauteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartphase (4.2) Carbide, Nitride oder Boride der 4., 5. oder 6. Hauptgruppe des Periodensystems sowie Gemische hiervon - wie Wolframcarbid (WC) - umfasst oder daraus hergestellt ist, und die Binderphase (4.1 ) ein Metall oder eine metallische Legierung sowie Gemische hiervon - wie Cobalt (Co) oder Nickel-Chrom (NiCr) - umfasst oder daraus hergestellt ist.
5. Bauteil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsschicht (4) 70 bis 90 Gew.-% die Hartphase (4.2) bildende Hartphasenpartikel (4.2.1 ), 10 bis 30 Gew.-% die Binderphase (4.1 ) bildende Binderphasenpartikel und 0,05 bis 3 Gew.-% dispersionshärtende Partikel (4.1.1 ) umfasst.
6. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dispersionshärtenden Partikel (4.1 .1 ) in der fertigen Funktionsschicht (4) intermetallische, oxidische Phasen oder deren Mischphasen sind.
7. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dispersionshärtenden Partikel (4.1 .1 ) Metalloxidpartikel oder MAX- Phasenpartikel umfassen.
8. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Korngröße der dispersionshärtenden Partikel (4.1 .1 ) im Bereich von 10 nm bis 1 m und bevorzugt zwischen 50 nm und 500 nm liegt.
9. Bauteil für eine Maschine zur Herstellung und/oder Behandlung einer Faserstoffbahn, umfassend einen Grundkörper (2), wenigstens eine, zumindest mittelbar darauf aufgebrachte metallische Funktionsschicht (4), wobei die wenigstens eine Funktionsschicht (4) MAX-Phasenpartikel umfasst oder daraus hergestellt ist.
10. Bauteil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die MAX-Phasenpartikel 21 1 -Phasen-, 312-Phasen- oder 413-Phasen-Partikel oder Kombinationen hiervon sind.
1 1 . Bauteil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die 21 1 -Phasen umfassen:Ti2CdC, Sc2lnC, Ti2AIC, Ti2GaC, Ti2lnC, Ti2TIC, V2AIC, V2GaC, Cr2GaC, Ti2AIN, Ti2GaN, Ti2lnN, V2GaN, Cr2GaN, Ti2GeC, Ti2SnC, Ti2PbC, V2GeC, Cr2AIC, Cr2GeC, V2PC, V2AsC, Ti2SC, Zr2lnC, Zr2TIC, Nb2AIC, Nb2GaC, Nb2lnC, Mo2GaC, Zr2lnN, Zr2TIN, Zr2SnC, Zr2PbC, Nb2SnC, Nb2PC, Nb2AsC, Zr2SC, Nb2SC, Hf2lnC, Hf2TIC, Ta2AIC, Ta2GaC, Hf2SnC, Hf2PbC, Hf2SnN, Hf2SC,
die 312-Phasen umfassen: Ti3AIC2, V3AIC2, Ti3SiC2, Ti3GeC2, Ti3SnC2, Ta3AIC2; und
die 413-Phasen umfassen: Ti4AIN3, V4AIC3, Ti4GaC3, Ti4SiC3, Ti4GeC3, Nb4AIC3, Ta4AIC3.
12. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil eine Schaberklinge, z.B. eines Reinigungsschabers - bevorzugt zur Beschaberung einer Walze -, eines Streichmessers, oder eines Kreppmessers ist.
13. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil eine Walze, wie Kalanderwalze oder Trockenzylinder, bevorzugt eine beheizte oder beheizbare Walze einer Maschine zur Herstellung und/oder Behandlung einer Faserstoffbahn ist.
14. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsschicht des Bauteils thermisch gespritzt ist, also mittels eines thermischen Spritzverfahrens hergestellt ist.
15. Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung eines Bauteils, wobei das Bauteil bevorzugt nach wenigstens einem der Ansprüche 1 , 2, 7, 8, 12 bis 14ausgeführt ist, wobei das Bauteil einen Grundkörper (2), wenigstens eine, zumindest mittelbar darauf aufgebrachte metallische Funktionsschicht (4) aufweist, wobei die wenigstens eine Funktionsschicht (4) dispersionshärtende Partikel (4.1 .1 ) aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: a) Bereitstellen des Bauteils; b) Herstellen der wenigstens einen Funktionsschicht (4) durch Aufbringen eines Spritzpulversauf den Grundkörper (2), wobei das Spritzpulver ein Gemenge aus überwiegend metallischen Partikeln und dispersionshärtenden Partikeln (4.1.1 ) ist, wobei die dispersionshärtenden Partikel (4.1 .1 ) derart ausgewählt sind, dass diese in der fertigen Funktionsschicht (4) eine Dispersionshärtung der Funktionsschicht (4) einstellen.
16. Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung eines Bauteils, wobei das Bauteil bevorzugt nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 8 oder 12 bis 14 ausgeführt ist, wobei das Bauteil einen Grundkörper (2), wenigstens eine, zumindest mittelbar darauf aufgebrachte metallische Funktionsschicht (4) aufweist, wobei die wenigstens eine Funktionsschicht (4) eine Hartphase (4.2) und eine Binderphase (4.1 ) umfasst und die Binderphase (4.1 ) dispersionshärtende Partikel (4.1 .1 ) aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: a) Bereitstellen des Bauteils; b) Herstellen der wenigstens einen Funktionsschicht (4) durch Aufbringen eines Spritzpulvers auf den Grundkörper (2), wobei das Spritzpulver ein Gemenge aus Hartphasenpartikeln (4.2.1 ), Bindephasenpartikeln und dispersionshärtenden Partikeln (4.1.1 ) ist, um bei der fertigen Funktionsschicht (4) eine Binderphase (4.1 ) und eine Hartphase (4.2) auszubilden, wobei die dispersionshärtenden Partikel (4.1 .1 ) derart ausgewählt sind, dass diese in der fertigen Funktionsschicht (4) eine Dispersionshärtung der Binderphase (4.1 ) einstellen.
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