DE3221230A1 - Pulver zum auftragen der ueberzuege durch gasthermisches aufstaeuben - Google Patents
Pulver zum auftragen der ueberzuege durch gasthermisches aufstaeubenInfo
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Description
- Bosch reibung Die erfindung bezieht sich auf ein Gebiet der Pulverstoffe, die zum Auftragen der Ueberzüge durch gasthermisches Auf stäuben (Flammspritzen, Plasma- und Detonationsaufstäuben), insbesondere zum Auf tragen der Wärmeschutzüberzüge auf verschiedene Bauteile aus Aluminium, Gußeisen und anderen Metallen und Legierungen, beispielsweise auf Aluminiumdieselkolben Verwendung finden.
- Es ist eine Reihe von Pulvern bekannt, die sich durch das Verlaufen der exothermischen Reduktionsreaktionen der ketalloxydew die ein Bestandteil der genannten Pulver sind, im Prozeß des gasthermischen Aufstäuben unterscheiden. Die Reduktion der Metalloxide wird mit Reduktionsmitteln verwirklicht, die Metalle undioder Legierungen sind und Bestandteile der Pulver bilden. Dank der exothermischen Wechselwirkung werden die Bindefestigkeit und die Temperaturwechselbeständigkeit der Überzüge, insbesondere der Wärmeschutsüberzüge erhöht, die durch das gasthermische Aufstauben des Pulvers erhalten werden.
- Es ist beispielsweise ein Pulver zum Auftragen der Überzüge durch gasthermisches Aufstäuben bekannt, das ein Gemisch aus stabilisiertem Zirkoniumdioxid und Metallzusätzen, beispielsweise aus der Legierung auf Grundlage von Kobalt, Chrom, Aluminium oder Silizium darstellt ( siehe GB-PS 1448256, Kl. C23C 7/00, 02.09.76).
- Der Nachteil des bekannten Pulvers besteht darin, daß bei seinem Aufstauben die exothermische Reduktion des Zirkoniumdioxids mit der genannten Legierung praktisch ausbleibt, ungeachtet dessen daß die Legierung ein aktives Reduktionsmittel, Aluminium, enthält. Im Zusammenhang damit sind die Bindefestigkeit und die Temperaturwechselbeständigkeit der erhaltenen Überzüge nicht ausreichend, insbesondere für Wärmeschutzüberzüge der Dieselbauteile.
- Bs ist auch ein Pulver zum Auftreten der Uberzüge durch gasthermisches Aufstäuben gemäß SU-PS 724601, 1. 0230 7/00, 30.03.80 bekannt. Das genannte Pulver schließt folgende Komponenten (Gew.%) ein: Aluminium - 20 bis 25, Nickel - 20 bis 25, Ammoniumchlorid - 0,1 bis 1,2, ein Metalloxid, das mit Aluminium beim Aufstäuben reduziert wird, - 50 bis 60. Als Metalloxide, die mit Aluminium beim Aufstauben exothermisch reduziert werden, enthält das Pulver mindestens eines der Oxyde folgender Metalles Wolfram, Molybdän, Titan, Chrom, Eisen, Kupfer.
- Beim Auf stäuben des beschriebenen Pulvers erreicht die Bindefestigkeit des erhaltenen Über Züge mit der Aluminiumgrundlage dank der exothermischen Reduktion 45 MPa und mehr Jedoch erhält man bei der Verwendung des Pulvers der genannten Zusammensetzung Über züge mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit, was durch das Vorliegen von Woltram-, Molybdän-, Titan-, Chrom-, Eisen-, Kupferoxiden im Pulver bedingt ist. Bekanntlich wird zur Hersteljung der Uberzüge, darunter auch der Wärmeschutzüber-Züge, mit einer niedrigen Wärmeleitfähigkeit emptohlen, stabilisierses Zirkoniumdioxid zu verwenden.
- Wenn es aber in der Zusammensetzung des genannten Pulvers statt der oben angezeigten Oxyde verwandt wird, beträgt die Bindefestigkeit der erhaltenen Uberzüge mit Aluminium 10 bis 20 MPa, was fur Wärmeschutzüberzüge, beispielsweise für Bauteils der Dieselverbrennungskammer nicht ausreichend ist.
- Es ist auch ein Pulver bekannt, das aus stabilisiertem Zirkoniumdioxid und 7 bis 25 Gew.% Aluminium besteht (siehe N.N. Novikov, S.R. Pustotina u.a.
- 'Untersuchung der Einwirkung des Plasmastrahls auf den Bau und Phasenzusammensetzung der Kompositionspulver vom Typ Al-Keramik", "Elektronenbearbeitung der Stoffe", 1979, Nr. 3, 5. 34-38).
- beim Aufstäuben des genannten Pulvers geht eine teilweise (unvolle) exothermische Reduktion des Zirko- niumdioxids mit Aluminium vor sich. Infolgedessen sind die Bindefestigkeit (11 MPa) des erhaltenen Uberzüge mit der Aluminiumgrunglage sowie die Temperaturwechselbeständigkeit des Überzügs (4 bis 8 Zyklen) nicht ausreichend.
- Die Methoden zur Bestimmung der Binderfestigkeit und der Temperaturwechselbeständigkeit werden nach stehend angeführt.
- Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Beseitigung der genannten Nachteile.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, solch ein Pulver auf Grundlage des stabilisierten Zirkoniumdioxids und eines Reduktionsmittels zu entwickeln, bei dessen gasthermischem Aufstäuben Überzüge, insbesondere Värmeschutzüberzüge erhalten werden, die eine nohe Bindefestigkeit und Xemperaturwechselbeständigkeit besitzen.
- Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein Pulver zum Auftragen der Überzüge durch gasthermisches Aufstäuben vorgeschlagen wird, welches stabilisiertes Zirkoniumdioxid und ein Reduktionsmittel vorsieht, wobei das Pulver erfindungsgemäß als Reduktionsmittel eine Aluminiumlegierung mit 15 bis 50 Gew.% Magnesium bei folgendem Komponentenverhältnis im Pulver (Gew.%): stabilisiertes Zirkoniumdioxid .... 65 bis 75 Aluminium-MagnesiumrLegierung ..... 25 bis 35 enthält.
- Zur erzielung einer minimalen Schmelztemperatur der Legierung, eines effektiven Verlaufs der exothermischen Reduktion und dadurch zur Erhöhung der Bindefestigkeit und der Temperaturwechselbeständigkeit der erhaltenen Überzüge empfiehlt es sich, eine Aluminiuia-Magnesium-Legierung bei folgendem Komponentenverstähltnis (Gew.%) zu verwenden: Aluminium ........................ 60 bis 80 Magnesium ........................ 20 bis 40 Die Verwendung im erfindungsgemäßen Pulver der Aluminium-Magnesium-Legierung als Reduktionsmittel intensiviert die Reduktionsreaktion des Lirkoniumdioxide, dabei werden die Schmelztemperatur des Reduktionsmittels und die Temperatur des beginns der Reduktion im Vergleich zu dem Aluminium als Reduktionsmittel herabgesetzt. Dank dem Vorliegen von Magnesium, aas ein aktives Reduktionsmittel des mirkoniumdioxids ist, geht die Reduktion im prozeß des Aufstäuben der Überzüge praktisch vollständig vor sicn.
- Dabei entwickelt sich eine bedeutende Wärmemenge, die die Enthalpie des aufgestäubten Pulvers und dementsprechend die Bindefestigkeit der erhaltenen Überzüge erhöht, die 1,5-... 2mal höher liegt, als beim Aufstäuben des bekannten Pulvers, das aus Zirkoniumdioxid und Aluminium besteht. Außerdem werden die herstellbaren Über züge durch eine hohe Temperaturwechselbeständigkeit gekennzeichnet, die 1,5-...2mal höher als bei Überzügen liegt, die beim Auf stäuben des genannten bekannten Pulvers erhalten werden.
- Der Magnesiumhalt in der Legierung (unter Berücksichtigung des Magneiusmabbrandes beim Auf stäuben), der die Erhöhung der Bindefestigkeit und der Temperaturwechselbeständigkeit der erhaltenen Uberzüge sichert, beträgt 15 bis 50 Gew.%. Die Ver;rößerung des Magnesiumgehalts in der Legierung über 50 Gew.% erhöht die Oxydierbarkeit der Legierung beim gasthermischen stäuben, setzt die Bindefestigkeit und die Temperaturwechselbeständigkeit der Über züge herab, Bei der Verminderung des Magnesiumgehalts in der Legierung unter 15 Gew. fällt der exothermische Effekt der Reduktion und man erhält Überzüge mit einem überschüssigen Gehalt an ReduAtionsmittel, was die Qualität der Überzüge, insbesondere der Wärmeschutzüberzüge herabsetzt.
- Zur Verminderung der Schmelztemperatur der Aluminium-Magnesium-Legierung sowie der Temperatur des Beginns der Reduktion des Zirkoniumdioxids mit der genannten Legierung muß das Verhältnis von Aluminium zu Magnesium in der Legierung dem eutektischen nah sein (33 Gew.% Magnesium). Der optimale Magnesiumgehalt in der Legierung beträgt 20 bis 40 Gew.% Dabei werden Überzüge mit einer hohen Bindefestigkeit und Temperaturwechselbeständigkeit erhalten.
- Das Verhältnis von Zirkoniumoxid zum Reduktionsmittel im erfindungsgemäßen Pulver wird durch die Stüchiometrie der Reaktion der vollständigen Reduktion des Zirkoniumdioxids mit der Aluminlum-Niagnesium-Legierung bestimmt. Unter Berücksichtigung des Abbrandes des Reduktionsmittels (bis 5 Gew.%) beträgt dabei der Gehalt an Zirkoniumdioxid im erfindungsge mäßen Pulver 65 bis 75 Gew.% und am Reduktionsmittel 25 bis 35 Gew.%. Das Abweichen von den genannten Grenzen verschlimmert merklich den exothermischen Effekt der Iteduktion und setzt die Bindefestigkeit und die Temperaturwechselbeständigkeit der Ueberzüge herab.
- Des erfindungsgemäße Pulver stellt entweder ein mechanisches Gemisch der Pulver des stabilisierten Zirkoniumdioxids und des Reduktionsmittels oder ein Konglomerat auf organischem Binder dar, das. beim Aufstäuben vollständig verbrennt und die Qualität der Überzüge praktisch nicht beeinflußt. Das beste Verfahren zur Herstellung des Pulvers ist die Konglomeration der Ausgangskomponenten auf dem Binder, als letzterer werden organische Stoffe vom Typ der Lacke, Alkohole usw., beispielsweise Phenollack, Polyvinylalkohol, Nitrozellstoff u.a. verwendet.
- Bekanntlich werden zum gas thermischen Aufstäuben Pulver verwendet, die stabilisierten Zirkoniumdioxid enthalten. Als Stabilisatoren werden gewöhnlich Magnesium-, Kalzium-, Yttriumoxid u.a, verwendet.
- Zur Prüfung der Ubermüge, die durch das gasthermische Aufstäuben des erfindungsgemäßen Pulvers erhalten werden, wurden Pulver vom Konglomerattyp bereitgestellt, deren Zusammensetzungen in Tabelle angegeben sind. Die Konglomeration wurde folgenderweise verwirklicht. Es wurde ein mechanisches Gemisch der Ausgangspulver des mit 5 Gew.% Kalziumoxid stabilisierten Zirkoniumdioxide und des Reduktionsmittels in einem Verhältnis bereitgestellt, die in Tabelle angegeben sind. Zum mechanischen Gemisch wurden 3 % (bezogen auf das Gewicht des mechanischen Gemisches) Bindemittel zugegeben, das die Nitrozelluloselösung im Äthylalkohol darstellt. Das Gemisch. wurde in einer Mischvorrichtung untergebracht, wo dessen Mischung bei einer Temperatur von 80 OC während 50 Minuten bis zur Bildung eines Pulvers vom Konglomerattyp vor sich ging Nachher wurde das Pulver abgesiebt, indem die Fraktion +40-100 µm erhalten wurde.
- Das hergestellte Pulver wurde auf einer £lasmaanlage bei folgendem Regime aufgestäubt: Plasmatronstrom, A ...,,,..,......,.. 350 Verbrauch des plasmabildenden Gases (Stickstoff), l/min ........... 50 Aufstäubensabstand, mm .............. 100 Das Pulveraufstäuben wurde an Aluminiummuster durchgeführt.
- Die Muster zur Prüfung der Uberzüge auf die Bindefestigkeit stellten konische Stifte (Durchmesser 3 mm) in Metalleinfassung dar. Die Bindefestigkeit wurde beim Abreißen des konischen Stiftes von dem darauf aufgetragenen Überzug bestimmt.
- Zur Bestimmung der Temperaturwechselbeständigkeit wurden zylindrische Aluminiummuster von 20 mm Durchmesser verwendet, auf deren Stirnseiten Überzug aufgetragen wurde. Die Muster mit Überzügen wurden im Ofen bis 450 oO erhitzt, nachher wurden sie im Wasser bei 20 °C sofort abgekühlt. Die Temperaturwechselbeständigkeit wurde nach der Zahl der Zyklen Erwärmung-Abkühlung bis zum Auftreten des ersten Zerbröckelns (des Abbrechens) des Überzugs oder dessen Teils eingeschätzt.
- Die Ergebnisse der Prüfung auf die Bindefestigkeit und Temperaturwechselbeständigkeit sind in llabelle ange- führt.
- Tabelle Binde- Tempe-Komponentengehalt, Gew.% festig- raturkeit, wechsel-Gesamt- MPa bestänin der Le- im Pulver geirung gehalt digkeit, an Alu- Zahl der ZrO2 Al Mg Al Mg minium Zyklen und Magnesium im Pulver 65 67 33 23,5 11,5 35 31 10 70 67 33 20 10 30 37 13 70 80 20 24 6 30 29 9 70 60 40 18 12 30 27 15 70 d5 15 25,5 4,5 30 23 d 70 50 50 15 15 30 19 11 75. 67 33 16,7 8,3 25 26 10 Wie aus Tabelle zu ersehen ist, betragen die optimalen Mengen des Zirkoniumdioxids und des Reduktionsmittels im erfindungsgemäßen Pulver 70 bzw. 30 Gew.%.
- Dabei beträgt die durchschnittliche Bindefestigkeit der Uberzüge 27 bis 37 MPa und die Temperaturwechselbeständigkeit 8 bis 15 Zyklen.
- Zum Vergleich wurden die Überzüge geprüft, die beim gasthermischen Aufstäuben des bekannten Pulvers ernalten wurden, welches aus 75 Gew.% stabilisiertes Zirkoniumdioxid und 25 Gew.% Aluminium besteht und nach der Methode der Konglomeration bereitgestellt wurde.
- Dabei betrug die Bindefestigkeit 11 MPa und die Temperaturwechselbeständigkeit war 6 Zyklen gleich, was bedeutend niedriger ist, als bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Pulvers.
- Die maximale Bindefestigkeit (80 bis 100 MPa) und Temperaturwechselbeständigkeit (50 bis 100 Zyklen) werden beim gasthermischen Auf stäuben des erfindungsgemäßen Pulvers auf Stahlmuster erreicht. Das gestattet, das genannte Pulver zum Auf stäuben der Überzüge auf die Bauteile der Dieselverbrennungskammer zu benutzen, um die Ressource deren Arbeit zu erhönen.
Claims (2)
- Pulver zum Auftragen der Uberzüge durch gasthermisches Auf stäuben P A T E N T A N S P R Ü C H E : 1. Pulver zum Auftragen der Uberzüge durch gasthermisches Aufstäuben, welches stabilisiertes Zirkoniumdiozid und ein Reduktionsmittel vorsieht, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß - es als Reduktionsmittel eine Aluminiumlegierung mit 15 bis 50 Gew.% Magnesium enthält, - das Komponentenverhältnis im Pulver wie folgt ist (Gew.%): stabilisiertes Zirkoniumdioxid ...... 65 bis 75 Aluminium-Magnesium-Legierung ....... 25 bis 35.
- 2. Pulver nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Legierung Aluminium und uiagnesium in folgendem Verhältnis (Gew.%) enthält: Aluminium ............................ 60 bis 80 Magnesium ............................ 20 bis 40
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19823221230 DE3221230A1 (de) | 1982-06-04 | 1982-06-04 | Pulver zum auftragen der ueberzuege durch gasthermisches aufstaeuben |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| DE19823221230 DE3221230A1 (de) | 1982-06-04 | 1982-06-04 | Pulver zum auftragen der ueberzuege durch gasthermisches aufstaeuben |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE3221230A1 true DE3221230A1 (de) | 1983-12-08 |
Family
ID=6165392
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19823221230 Withdrawn DE3221230A1 (de) | 1982-06-04 | 1982-06-04 | Pulver zum auftragen der ueberzuege durch gasthermisches aufstaeuben |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE3221230A1 (de) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4752535A (en) * | 1985-02-01 | 1988-06-21 | Norsk Hydro A.S | Aluminium-based article having a protective ceramic coating, and a method of producing it |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4202691A (en) * | 1978-11-21 | 1980-05-13 | Eutectic Corporation | Metallo-thermic powder |
-
1982
- 1982-06-04 DE DE19823221230 patent/DE3221230A1/de not_active Withdrawn
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4202691A (en) * | 1978-11-21 | 1980-05-13 | Eutectic Corporation | Metallo-thermic powder |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4752535A (en) * | 1985-02-01 | 1988-06-21 | Norsk Hydro A.S | Aluminium-based article having a protective ceramic coating, and a method of producing it |
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