DE2162699A1 - Verfahren zur erhoehung der haftfestigkeit von durch thermisches spritzen aufgebrachten schichten - Google Patents
Verfahren zur erhoehung der haftfestigkeit von durch thermisches spritzen aufgebrachten schichtenInfo
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Description
Verfahren zur Erhöhung der Haftfestigkeit von durch thermisches Spritzen aufgebrachten
Schichten
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erhöhung der Haftfestigkeit von durch thermisches Spritzen aufgebrachten,
insbesondere keramischen Schichten, wie Aluminiumoxid, Chromoxid oder Nickeloxid und Calciumfluprid, auf metallischer
Unterlage.
Es gibt eine große Anzahl von Aufbringungsverfahren, um Schichten aus einer Reihe von geeigneten Werkstoffen auf
andere Werkstoffe aufzubringen. So kann z.B. ein Werkstoff aus seiner Dampfphase durch Kondensieren auf einer Unterlage
aufgedampft werden. Weiterhin ist das Aufbringen beispielsweise von Farbpartikeln auf eine metallische Unterlage
in einer Flüssigkeit durch ein elektrisches Feld, die Elektrophorese, bekannt. Weiterhin ist die Aufbringung verschiedener
Stoffe durch chemische oder elektronische Reaktionen, nämlich das Chromatisieren, das Nitrieren, das Galvanisieren
oder das Eloxieren nicht neu. Im übrigen können Stoffe durch Anwendung metallurgischer Verfahren, nämlich durch Aufschweißen,
durch Plattieren und durch eine Reaktion mit einer Metallschmelze aufgebracht werden. Schließlich werden durch
rein mechanische Mittel, wie Tauchen oder Spritzen in großem Umfange Teile eines Werkstoffes auf Unterlagen aufgebracht.
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Ein Aufbringungsverfahren, bei dem sowohl rein mechanische
Aufbringung als auch Aufbringung durch metallurgische Verfahren in kombinierter Form zur Anwendung kommen, ist das
bekannte Verfahren des thermischen Spritzens, das meist Flammspritzen genannt wird.
Zweck der Erfindung ist es, die Eigenschaften flammgespritzter
Schichtung zu verbessern.
Das Prinzip dieses Verfahrens ist allgemein bekannt. Es hat folgende Vorteile:
Das Verfahren ist sehr vielseitig und ermöglicht es, eine
große Zahl unterschiedlicher Werkstoffe auf Bauteile aufzubringen, die wiederum aus den verschiedenartigen Werkstoffen
bestehen und nahezu beliebige Formen haben können. Ein weiterer Vorteil des Flammspritzverfahrens ist, daß ein zu beschichtendes
Bauteil während des Prozesses nicht auf hohe Temperaturen erhitzt wird. In der Regel ist auch nach dem
Beschichten keine thermische Nachbehandlung des Bauteils mehr erforderlich.
Erforderlich dagegen ist fast immer eine Aufrauhung der zu bespritzenden Oberfläche. Diese Maßnahme ist besonders beim
Aufspritzen von Werkstoffen notwendig, bei denen die Haftung auf dem Bauteil überwiegend, auf rein mechanischem Wege bewirkt
wird. Zu dieser Klasse von Werkstoffen zählen z.B. die keramischen Werkstoffe, wie Aluminiumoxid (Korund, Al0O )
und Chromoxid (Cr0O ). Insbesondere wenn diese Stoffe auf
Metalle aufgespritzt werden, ist eine Aufrauhung erforderlich oder zumindest in vielen Fällen von großem Nutzen.
Bei dem Verspritzen von Metallen auf Metall kann zwar ein gewisser
Anteil der Haftkraft einer Schicht durch eine echte metallurgische Bindung bewirkt werden, die einer Schweißung
ähnlich ist; trotzdem ist in der Regel eine Aufrauhung zweckmäßig oder gar erforderlich. Der Anteil der metallurgi-
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sehen Bindung ist bei Verwendung sogenannter HaftZwischenschichten
gegenüber dem Anteil rein mechanischer Bindung sehr groß. Bei der Verwendung derartiger Zwischenschichtwerkstoffe
, wie beispielsweise der bekannten Nickel-Aluminium- Verbindungen oder Molybdän, ist eine Aufrauhung
der zu bespritzenden Oberfläche nicht notwendig. Diese Werkstoffe werden daher als Haftgrundwerkstoffe, d.h. als
selbstbindende Haftzwischenschichten für eine nachfolgende Spritzung anderer, insbesondere keramischer Werkstoffe, verwendet.
Sie ergeben in den meisten Fällen eine genügend rauhe Oberfläche, auf der die darauf aufzutragenden Spritzwerkstoffe
gut haften.
Es kann sein, daß die notwendige Aufrauhung der Oberfläche bei empfindlichen, sehr dünnwandigen Metallteilen sehr
schwierig durchzuführen ist. Das gebräuchliche Strahlen mit Korund (Aluminiumoxid) oder Stahlkies scheidet nämlich
aus, da damit die sehr empfindlichen Teile zerstört wurden. Ein Einbringen von Rillen oder eine ähnliche Vergrößerung
der Oberfläche durch Vertiefungen, wobei beide Verfahren meist in Verbindung mit einer zusätzlichen Erhöhung der
Oberflächenrauhigkeit durch einen zweiten Arbeitsgang durchgeführt werden, ist bei vielen Teilen, insbesondere bei
solchen mit dünnen Wandstärken, kaum möglich. Dies trifft auch für andere Arten von Aufrauhungen zu, wie z.B. solche,
die durch Elektroerosion, Ätzung oder Schleifen herbeigeführt werden. Weiterhin ergibt ein Aufspritzen von Haftzwischenschichten,
das zwar vielfach anwendbar ist, nicht immer ein optimal geeignetes Oberflächenprofil, welches genügend
Verankerungsmöglichkeiten für nachfolgende Spritzwerkstoffe liefert. Die Oberflächeiirauhigkeit wird zwar
durch diese Spritzungen wesentlich erhöht, und bei aufgespritzten dünnen .Schichten in der Größenordnung von O,l nun
ergeben sich hinsichtlich der Herstellung der Spritzschichten und ihrer Beanspruchung im Zusammenhang mit der des zugehörigen
Bauteils kaum Schwierigkeiten.
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Sollen jedoch Schichtstärken eines aufgespritzten Werkstoffes
in der Größenordnung von mehreren Zehntelmillimetern oder gar
Millimetern aiifgetragen werden, so ergeben sich erfahrungsgemäß
bei der Herstellung der Schichten und bei insbesondere thermischer Beanspruchung derselben Schwierigkeiten. Die während
der Herstellung entstehenden oder bei Beanspruchung auftretenden Spannungen in einer Schicht oder die Spannungen zwischen
Schicht lind Bauteil können sehr leicht größer werden als die
Kräfte, die die Schicht zusammenhalten, oder die Kräfte, die
eine Schicht auf einem Bauteil festhalten.
" Diese Nachteile der bekannten Verfahren beim Aufbringen
dickerer Schichten können sich insbesondere dann störend
keramische
bemerkbar machen, wenn/Gleit- oder Verschleißwerkstoffe vorzugsweise
auf metallischen Bauteilen aufgebracht werden und diese Werkstoffe, vornehmlich wenn sie als Gleitmaterial Verwendung
finden,thermisch besonders hoch beansprucht werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden
und die Haftfestigkeit thermisch aufgespritzter Schichten,
insbesondere auf metallischer Unterlage, zu erhöhen, auch dann, wenn sie mit selbstbindenden Haftzwischenschichten
gespritzt sind, bei denen aber trotzdem die durch die Ober- » flächenstruktur dieser Werkstoffe erzielte Haftkraft der
Schichten auf den Unterlagen nicht ausreicht und daher vergrößert werden muß. Diese Aufgabe wird durch die Erfindung
dadurch gelöst, daß die Haftfestigkeit durch Vergrößerung
der Oberfläche der Unterlage erhöht wird, indem auf die Unterlage eine vorzugsweise inonogranulare Lage einer Metallkörnung
aufgetragen und mit der Unterlage, vornehmlich durch Löten oder Sintern, unlösbar verbunden und danach dje vorgesehene
Schicht, vornehmlich zunächst eine Haftzwischenschicht,
thermisch aufgespritzt wird.
Die Körner der moiiogranulareii Lage können unregelmäßige
äußere formen und Korngrößen haben; die Korngrößen kömvi
aber auch etwa gleichmäßig groß sein und einen mittleren
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Durchmesser von etwa 0,5 mm haben. Bei der so erzeugten
nionogratiularen Schicht wird der Abstand der einzelnen Körner
zweckmäßigertireise so gewählt, daß die gewünschte optimale
Oberflächenprofilierung entsteht. Hierzu liegen die einzelnen
Körner in der Regel nicht dicht beieinander auf der Fläche, sondern lassen zwischen sich Lücken frei, so daß möglichst
viele aufeinanderfolgende Höhenunterschiede entstehen. Die
Korngröße und die Kornform des aufzutragenden Granulats
kann vielfältig variiert und dadurch für den jeweiligen Anwendungsfall optimiert werden» Die aufzutragenden Metallkörner
bestehen zweckmäßigerweise aus einer warmfesten Legierung auf der Basis von Eisen, Nickel oder Kobalt.
D..s zum Auflöten der monogranularen Lage aus Metallkörnern
verwendete Lot kann aus Niekel-Bor-Silicium zusammengesetzt
sein, dem auch noch Chrom zulegiert sein kann»
Im Kegelfall wird auf die monogranulare Lage einer Metallkörnung eine Ilaftzwischenschicht aus dem bekanntem Nickelaluminicl aufgeblacht.
Zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in der folgenden Beschreibung ein praktisches Ausführungsbeispiel
näher erläutert:
Es ist bekannt, für hochbeanspruchte Lager als Hoehtemperattirgleitwerkstoff
eine Schicht durch Flammspritzen aufzubringen, die aus einer Mischung von Nickeloxid und Calciumfluorid
besteht. Dieser Werkstoff und seine Verarbeitung sind in der
deutschen Patentschrift 1 300 460 beschrieben. Dieser Werkauf
stoff muß, um genügend lange/oder an einem dichtenden Bauteil, beispielsweise an einem Dichtring, wirksam sein zu können, in größeren Schichtdicken, meist in einer Größenordnung von 1 bis 2 mm atif gespritzt werden. Die Teile, auf denen der Werkstoff aufgebracht wird, sind oftmals dünnwandige B'lechteile aus warmfesten Werkstoffen mit einer Flachenausdehitting von etwa einem Quadratmeter o Eine Oberfläclienprofilierung
stoff muß, um genügend lange/oder an einem dichtenden Bauteil, beispielsweise an einem Dichtring, wirksam sein zu können, in größeren Schichtdicken, meist in einer Größenordnung von 1 bis 2 mm atif gespritzt werden. Die Teile, auf denen der Werkstoff aufgebracht wird, sind oftmals dünnwandige B'lechteile aus warmfesten Werkstoffen mit einer Flachenausdehitting von etwa einem Quadratmeter o Eine Oberfläclienprofilierung
3 09826/0493 BAO ORIGINAL -^-
derartiger Werkstoffe dxirch bekannte Verfahren, wie Strahlen,
Rillenschneiden, Ätzen oder Erodieren scheidet Lei derartig dünnem Ausgangsmaterial vollkommen aus, wie leicht verständlich
ist.
Um solche Bauteile besser herstellen und risikoloser einsetzen
zu können, werden gemäß der Erfindung zur Vergrößerung der Oberfläche der insbesondere metallischen Unterlage, auf
die der Gleitwerkstoff aufgespritzt wird, zunächst Metallkörner
vorzugsweise in monogranularer- Lage aufgetragen und
mit der Unterlage durch Löten oder Sintern unlösbar verbunden· Die Körner haben eine unregelmäßige äußere Form und
können annähernd gleiche Durchmesser von beispielsweise 0,5 haben. Das verwendete Lot kann aus Nickel-Bor-Silicium oder
aus Nickel-Chrom-Bor-Silicium zusammengesetzt sein und die
Metallkörner können axis warmfesten Legierungen auf der Basis
Eisen-Nickel-Kobalt bestehen. Auf die auf diese Weise entstandene, erheblich vergrößerte und optimal profilierte Fläche
wird ein Haftgrundiverkstoff als Haftzwischenschicht und auf
diesen der Gleitwerkstoff thermisch aufgespritzt.
Die Kornverteilung auf der Fläche ist dabei so gewählt worden,
daß zusammen mit der■Spritzung des Haftgrundiirerkstoffes
eine optimale Haftung der Schicht erreicht wird.
303828/0493 BAD original
Claims (6)
- Verfahren zur Erhöhung der Haftfestigkeit von durch thermisches Spritzen aufgebrachten, insbesondere keramischen Schichten, wie Aluminiumoxid, Chromoxid oder Nickeloxid und Calciumfluorid, auf metallischer Unterlage, dadurch gekennzeichnet, daß die Haftfestigkeit durch Vergrößerung der Oberfläche der Unterlage erhöht wird, indem auf die Unterlage eine vorzugsweise monogranuläre Lage einer Metallkörnung aufgetragen und mit der Unterlage, vornehmlich durch Löten oder Sintern,unlösbar verbunden und danach die vorgesehene Schicht thermisch aufgespritzt wi rd .
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf die monogranulare Lage einer Metallkörnung eine Haftzwischenschicht und auf diese die vorgesehene Schicht thermisch aufgebracht wird«
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Körner der monogranularen Lage unregelmäßige äußere Formen und Korngrößen haben.
- k. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngrößen etwa gleichmäßig groß sind und einen mittleren Durchmesser von etwa 0,5 mm haben.
- 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die monogranulare Lage von Metallkörnern einer warmfesten Legierung auf der Basis Eisen-Nickel-Kobalt gebildet i st.
- 6. Vorfahren nach den Ansprüchen 1-5» dadurch gekennzeichnet , daß das verwendete Lot aus Nickel-Bor-Silicium zusammengesetzt ist, dem auch Chrom zulegiert sein kann.309826/0493ORIGINAL INSPECTED
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