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DE4443440A1 - Verschleißschutzschicht und Verfahren zum Auftragen dieser auf Bauteile - Google Patents

Verschleißschutzschicht und Verfahren zum Auftragen dieser auf Bauteile

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Publication number
DE4443440A1
DE4443440A1 DE4443440A DE4443440A DE4443440A1 DE 4443440 A1 DE4443440 A1 DE 4443440A1 DE 4443440 A DE4443440 A DE 4443440A DE 4443440 A DE4443440 A DE 4443440A DE 4443440 A1 DE4443440 A1 DE 4443440A1
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DE
Germany
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layer
base material
metallic
wear protection
elastic layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE4443440A
Other languages
English (en)
Inventor
Guenther Leps
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MTU Aero Engines AG
Original Assignee
FORSCHUNGSKURATORIUM MASCHINEN
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Filing date
Publication date
Application filed by FORSCHUNGSKURATORIUM MASCHINEN filed Critical FORSCHUNGSKURATORIUM MASCHINEN
Priority to DE4443440A priority Critical patent/DE4443440A1/de
Publication of DE4443440A1 publication Critical patent/DE4443440A1/de
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    • 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
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Organic Chemistry (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft eine Verschleißschutzschicht und ein Verfahren zum Auftragen die­ ser auf Bauteile, die aus anorganisch-nichtmetallischen, metallischen oder organischen Werkstoffen bzw. aus deren Kombinationen bestehen. Dieser Verschleißschutz richtet sich vornehmlich gegen die Erosion und Kavitation, insbesondere bei Bauteilen, die einer Prall- und Gleitstrahlbeanspruchung, das heißt einer Kombination zwischen Prall- und Gleitstrahl­ verschleiß ausgesetzt sind.
Es ist bekannt, daß harte und spröde Werkstoffe, auch Kunststoffe und faserverstärkte Kunststoffe, ohne Verschleiß- bzw. Erosionsschutzschichten gegenüber zähen metallischen Werkstoffen eine Lebensdauer unter Erosions- oder Kavitationsbeanspruchung aufweisen, die etwa einem Zehntel dieser von Metallen entspricht. Eine Nutzung des Leichtbaueffektes von faserverstärkten Duroplasten für Beanspruchungen in Form von Erosion, Kavitationse­ rosion hängt deshalb von der Schaffung einer geeigneten Schutzschicht ab.
Es sind verschiedenste Formen des Verschleißschutzes bekannt. In der Offenlegungsschrift DE-OS 30 27 526 wird ein Verfahren zum Aufbringen verschleißfester Überzüge aus Titan, Zirkonium oder Hafnium durch Aufdampfen beschrieben. Die Offenlegungsschrift DE-OS 28 52 341 und DE-OS 29 16 006 beschreiben das Aufbringen derartiger Schutzschichten auf Nichtmetalle und Kunststoffe, insbesondere auffaserverstärkte Kunststoffe.
Weiterhin ist die Beschichtung mit Gummischichten bekannt. Uetz und Wiedemeyer (H. Uetz, J. Wiedemeyer: Tribologie der Polymere, Hanser Verlag 1985 S. 357-362) zeigen, daß bei überwiegender Prallstrahlbeanspruchung insbesondere PUR-Elastromere höchste Verschleißbeständigkeit aufweisen.
Dagegen ist der Verschleiß bei kleinen Anstrahlwinkeln und bei Geschwindigkeiten größer 200 m/s verhältnismäßig groß.
Diese beschriebenen Metall- und Hartstoffbeschichtungen als auch die Gummibeschichtung weisen jedoch bei der Beschichtung von spröden Werkstoffen, Kunststoffen oder faserverstärkten Kunststoffen eine Reihe von Nachteilen und Mängeln auf. Diese ergeben sich aus der Art der Beanspruchung der Schutzschichten. Metall- und Hartstoffbeschich­ tungen z. B. erreichen einen vollkommenen Schutz nur bei reiner Gleitstrahlbeanspruchung. Diese Schichten geben im Prallstrahlbereich die Impacts auf den schützenden Werkstoff weiter und führen so zur Zerrüttung des spröden Werkstoffes oder des faserverstärkten Kunststoffes.
Demgegenüber erreichen Gummibeschichtungen nur bei reiner Prallstrahlbeanspruchung eine hohe Schutzwirkung und verschleißen stark bei reiner Gleitstrahlbeanspruchung durch Ritzen des Gummis.
Weiterhin ist ein Verschleißschutz nach der Schrift US-5 123814 bekannt, nach der ein lang­ gestreckter, flexibler Schutz aus Urethan-Teil-Verbund fest, insbesondere an die Randzo­ nen eines Ventilatorblattes angeordnet ist. Dieser flexible Schutzverband ist weicher als das Material des Ventilatorblattes.
Auch diese Lösung ist mit dem Mangel behaftet, daß die vorhandenen Hohlräume (Ritze) das Eindringen von Feuchtigkeit und anderen korrosionsfördernden Partikeln zulassen.
Nach der Schrift EP 496550 ist eine Lösung mit dem Titel "Turbinenschaufel mit großer Spannweite" bekannt, die u. a. die Lösung von Erosionsproblemen bei Verbundwerkstoff­ schaufeln zum Inhalt hat.
Es wird ein laminiertes Profil mit abwechselnden Schichten einer Metallfolie und eines leichtgewichtigen Filmes gezeigt, wobei die erste und letzte Schicht durch eine Metallfolie gebildet ist, so daß die äußeren Oberflächen des Profils metallisch sind.
In verschiedenen Ausführungen wird eine superplastische Metallfolie verwendet, die mit Elastomerschichten unter Druck und mit Wärme mit der laminierten Verbundturbinen­ schaufel durch u. a. mittels Kleber fest verbunden ist, wobei die Elastomerschicht ein modifi­ zierter Klebefilm, ein Klebefilm mit thermoplastischer Trägersubstanz oder ein mit einer Klebeschicht beschichteter Polyurethanfilm sein kann.
Diese Lösung ist mit dem Nachteil behaftet, daß die Schicht zwischen der Metallfolie und dem laminierten Profil (Elastomerschicht), die als absorbierende und reflektierende Schicht gegen Prall- und Gleitbeanspruchung der gesamten Verschleißschutzschicht dienen soll, nicht über die gesamte Oberfläche des laminierten Profils in der Weise angeordnet werden kann, daß sie dieser Beanspruchung gerecht wird. Die Eigenschaften der Elastomerschicht können nicht variabel eingestellt werden. Das ist begründet in der technischen Anordnung der einzelnen Schichten und in der technologischen Verpressung in einer Matrize. Selbst bei einer unterschiedlichen Dickenbemessung der Elastomerschicht und bei superelastischer Folie sind bei diesem Verfahren durch die angegebenen hohen Drücke und Temperaturen keine variablen Schichtdicken einzuhalten, insbesondere an den vorbestimmten Stellen der erhöhten Prall- und Gleitbeanspruchung des laminierten Profils (Turbinenschaufel).
Nach der Schrift EP 54 92 98 ist ein Spritzbeschichten bekannt, nach dem zuerst mit einer thermoplastischen und anschließend einer Metallschicht z. B. für Rohre und Kessel Korrosi­ onsschutz oder Verschleißschutz, aber auch Bewuchsreduzierung bei Unterwasseranwen­ dungen erreicht wird.
Der Nachteil dieser Lösung ist, daß die Zwischenschicht kein Elast ist und somit keine Dämpfung erfolgt.
Die Oberschicht wird aus Metallpulver oder Metallpulver plus Partikel oder Keramik gebil­ det, die den Nachteil besitzt, daß keine geschlossene Schicht vorliegt, die vorwiegend vom Plast umschlossen ist. Somit ist keine geschlossene Schicht aus Metall oder Keramik gege­ ben.
In der Schrift JP 04-107254 A ist eine Lösung aufgezeigt, die die Verhinderung von Rissen in Beton durch das Aufsprühen einer wasserfesten elastischen Filmbeschichtung auf Beton mit abschließender Sprühbeschichtung von Metall oder Keramik zum Inhalt hat.
Der Nachteil liegt bei dieser Lösung, daß hier kein Erosions- und Kavitationsschutz gege­ ben ist.
Um die oben genannten Nachteile der im Stand der Technik verwendeten Schutzschichten, die auf spröde Werkstoffe, Kunststoffe und faserverstärkten Kunststoffen und deren Kom­ bination aufgetragen sind, insbesondere bei der Kombination von Prall- und Gleitstrahlbe­ anspruchung, abzustellen, ist es Aufgabe der Erfindung, eine Verschleißschutzschicht herzustellen und ein Verfahren zum Auftragen dieser auf Bauteile zu entwickeln, die aus an­ organisch-nichtmetallischen oder organischen Werkstoffen bzw. aus deren Kombination besteht, um einen umfassenden Schutz über alle Angriffsflächen im Bereich zwischen Prall- und Gleitstrahlbeanspruchung, d. h. eine Kombination aus Prall- und Gleitstrahlverschleiß zu gewährleisten.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 und 4 angegebenen Merkmale gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den jeweili­ gen Unteransprüchen.
Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß auf die zu schützende Oberfläche des Bau­ teils ein Verschleiß als Kombination aus einer dämpfenden Schicht und Metall- bzw. Hart­ stoffschicht in der Weise aufgetragen wird, daß die Energie der Impacts als Funktion von Geschwindigkeit und Masse durch die dämpfende Schicht absorbiert bzw. reflektiert wird und die dämpfende Schicht durch die dünne Metall- bzw. Hartstoffbeschichtung geschützt wird. Die Eigenschaften der dämpfenden Schicht können über die Schichtdicke gleichförmig oder auch variabel eingestellt werden, wodurch eine Optimierung der dämpfenden Eigenschaften für verschiedene Beanspruchungen realisiert werden kann. Da­ durch werden überraschende Effekte beim Schutz nichterosionsbeständigter Werkstoffe unter dynamischer Beanspruchung erzielt. Zu diesem Zweck kann die dämpfende Schicht vorgefertigt werden.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß durch die Kombination aus dämpfender Schicht und Metall- bzw. Hartstoffschicht über alle Winkel von 0° bis 90° keine Eintragung von Erosi­ onspartikeln in die Schutzschicht möglich ist, daß durch die Kombinationsschicht eine Dämpfung erreicht wird, die einen Materialabtrag in der abschließenden Metallfolie verrin­ gert und daß die Kombinationsschicht eine Dissipation der Einschlagenergie der Erosionsp­ artikel im Schichtsystem bewirkt.
Bei Einsatz von Titanfolie oder einer TiA16V4-Folie wird die dämpfende Schicht und das CFK-Bauteil wie schon bekannt gegen Feuchte- oder Lösungsmittelaufnahme und gegen andere korrosive Einflüsse durch seine hohe elektrochemische Korrosionsbeständigkeit geschützt.
Die dämpfende Schicht hat den Vorteil, daß sie sich nach entsprechender Vorbehandlung mit einer Metall- bzw. Hartstoffbeschichtung fest verbindet, indem die Metall- bzw. Hart­ stoffbeschichtung, auf diese aufgeklebt, aufgedampft, galvanisiert oder aufgesprüht wird.
Durch das Aufkleben, Aufdampfen, Galvanisieren oder Aufsprühen der Metall- bzw. Hart­ stoffschicht auf die dämpfende Schicht bleibt diese in ihrer Oberflächenstruktur erhalten, insbesondere, wenn erforderlich, in ihrer unterschiedlichen Dicke und damit ist im Einsatz­ fall gewährleistet, daß die Eigenschaften der dämpfenden Schicht über die Schichtdicke nicht konstant sind.
Aufgrund dessen, daß über die dreidimensionale Struktur ein geschlossener haftfester Me­ tallfilm aufgebracht wird, ist diese gegen Erosion und Korrosion geschützt.
Die Erfindung wird nachstehend durch
  • - die Verschleißschutzschicht und durch
  • - das Verfahren zum Auftragen dieser auf Bauteile nach Ausführungsbeispielen erläutert.
Die in Fig. 1 dargestellte Verschleißschutzschicht wird zur Verdeutlichung an einer Turbi­ nenschaufel einer stationären Gasturbine mit einem CFK-Schaufelblatt gezeigt.
Das Schaufelblatt besteht aus Rigidite 5212 verstärkt mit 8 Lagen UD Gewebeprepreg G 30-500 (BASF). Diesem zu schützenden Grundwerkstoff 1 des Schaufelblattes ist eine Verschleißschutzschicht 2 zugeordnet, die mit dem zu schützenden Grundwerkstoff 1 in be­ kannter Weise fest verbunden ist und aus einer elastischen Schicht 3 und aus einer geschlos­ senen haftfesten metallischen oder hartmetallischen Schicht 4 besteht, indem die geschlossene haftfeste metallische oder hartmetallische Schicht 4 mit der Härte zwischen 1000 HV und 3000 HV in einer Dicke von 0,1 mm auf eine elastische Schicht (3) aufgeklebt, aufgedampft, galvanisiert oder aufgesprüht ist und gemeinsam die Verschleißschutzschicht 2 bildet, wobei die elastische Schicht 3 entsprechend der Oberflächenkontur des zu schützenden Grundwerkstoffes 1 und der Prall- und Gleitstrahlbeanspruchung der Verschleißschutzschicht 2 gleichförmig und/oder unterschiedlich dick ausgeführt ist, die eine Dicke von 0,5 mm bis 3 mm besitzt und eine Härte von Shore A10 bis A90 aufweist. Damit werden die Eigenschaften der elastischen Schicht 3 über die Schichtdicke konstant bzw. nichtkonstant beeinflußt.
Wobei die konstanten Eigenschaften der elastischen Schicht 3 durch den Einsatz von kom­ paktem Gummi und die nicht konstanten Eigenschaften durch den Einsatz von Schaum (In­ tegralschaum), der an seiner Oberfläche geschlossenzellig ist, das heißt, die kompakten Hohlkörper können kontinuierlich von der Mitte der elastischen Schicht 3 bis zum Rand kleiner werden, erreicht werden.
Das Verfahren zum Auftragen der Verschleißschutzschicht 2 auf den zu schützenden Grundwerkstoff 1 wird
  • - am Ausführungsbeispiel 1 des Klebens der metallischen oder hartmetallischen Schicht 4 als Teil der Verschleißschutzschicht 2 auf den Grundwerkstoff 1, wobei der Grundwerkstoff 1 plattenförmig ist,
  • - am Ausführungsbeispiel 2 des Klebens der metallischen oder hartmetallischen Schicht 4 als Teil der Verschleißschutzschicht 2 auf den Grundwerkstoff 1, wobei der Grundwerkstoff 1 eine komplizierte Oberfläche, eine gewölbte Oberfläche besitzt,
  • - am Ausführungsbeispiel 3 des Aufdampfens der metallischen oder hartmetallischen Schicht 4 als Teil der Verschleißschutzschicht 2 auf den Grundwerkstoff 1,
  • - am Ausführungsbeispiel 4 des Galvanisierens als metallische oder hartmetallische Schicht 4 als Teil der Verschleißschutzschicht 2 auf den Grundwerkstoff 1 und
  • - am Ausführungsbeispiel 5 des Aufsprühens als metallische oder hartmetallische Schicht 4 als Teil der Verschleißschutzschicht 2 auf den Grundwerkstoff 1
gezeigt.
Nach Ausführungsbeispiel 1 wird im
Schritt a die Oberfläche des Grundwerkstoffs 1 mit organischem Lösungsmittel (Aceton) gereinigt und entfettet und in bekannter Weise durch Sandstrahlen oder mittels Sandpapier aufge­ rauht,
Schritt b die elastische Schicht 3 (Gummischicht aus Elastolan) auf beiden Seiten gereinigt und ent­ fettet und anschließend in bekannter Weise durch Sandstrahlen oder mittels Sandpapier von beiden Seiten aufgerauht,
Schritt c die zu verklebende Fläche der metallischen oder hartmetallischen Schicht 4 (als Metallfolie), wie o. a., gereinigt, entfettet und aufgerauht,
Schritt d
  • - die Oberfläche des Grundwerkstoffs 1,
  • - die beiden Seiten der elastischen Schicht 3 (Gummischicht aus Elastolan) und
  • - die zu verklebende Fläche der metallischen oder hartmetallischen Schicht 4 mit dem Kleb­ stoff (Cyanacrylat Loctite 405) versehen,
Schritt e die das Anordnung der elastischen Schicht 3 und der metallischen oder hartmetallischen Schicht 4 nacheinander, auf dem Grundmaterial 1 jeweils zueinander mit den zu verkleben­ den Schichten und das Verkleben dieser Schichten miteinander unter Druck kalt bei einem Druck von 5 bar und 90 Sekunden lang vorgenommen.
Im Ausführungsbeispiel 2 wird entsprechend der Schritte a bis d des Ausführungsbeispieles die Behandlung des Grundmaterials 1, der elastischen Schicht 3 und der metallischen oder hartmetallischen Schicht 4 abgesichert und im anschließendem Schritt diese Schichten jeweils zueinander mit den zu verklebenden Schichten in eine Matrize gelegt und mit dem Formteil geformt und geklebt gleich ausgehärtet.
Nach dem Ausführungsbeispiel 3 wird im
Schritt a
  • - entweder die elastische Schicht 3 als plattenförmiger PUR-Gummi wie nach dem Ausführungsbeispiel 1, aber ohne der metallischen oder hartmetallischen Schicht 4 auf den Grundwerkstoff 1 ausgeführt, aufgeklebt, d. h. nur einseitig mit Kleber versehen und nur ein­ seitig aufgerauht, oder
  • - die elastische Schicht 3 als PUR-Gummi nach den Reinigen/Entfetten und Aufrauhen des Grundwerkstoffes 1, wie nach Ausführungsbeispiel 1 schon ausgewiesen (Rauhtiefe 5 bis 7 Mikrometer) durch Reaktionsgießen bzw. -spritzen aus einem Zweikomponetensystem auf­ gebracht,
Schritt b auf die jeweils unterschiedlich aufgetragene elastische Schicht 3 (PUR-Gummi-Schicht) wird die metallische oder hartmetallische Schicht 4 (Ni, NiCr oder Titan) nach dem bekann­ ten PVD-Verfahren (physikalische Abscheidung aus der Gasphase) im Vakuum durch
  • - Aufdampfen oder durch
  • - Sputtern (Zerstäuben) mit Magnetron-Sputtersystemen
aufgebracht, wobei der Grundwerkstoff 1 mit der elastischen Schicht 3 direkt oder indirekt gekühlt wird.
Nach Ausführungsbeispiel 4 wird im
Schritt a zunächst die elastische Schicht 3 (Gummischicht) wie im Ausführungsbeispiel 3 je nach An­ wendungsfall in der notwendigen Art und Weise auf den Grundwerkstoff 1 gebracht,
Schritt b erfolgt eine hartfeste Metallisierung durch eine galvanische Beschichtung nach dem Auf­ bringen einer leitfähigen Polymerschicht (CP) auf die elastische Schicht 4 wie folgt:
Schritt b.1: Plasmabehandlung (-aktivierung) in Niederdruck-Plasmakammer (Druck 0,7 mbar Durchf­ luß O₂, bzw. Ar/O₂ 50 ml/min, Zeit 1 min bis 1 0 min, Hochfrequenz 13,56 MHz)
Schritt b.2: Aufbringen einer leitfähigen Polymerschicht mit dem DMS-E-Verfahren von Blasberg- GTL Solingen/Leipzig:
  • 1. Konditionieren in Tensidlösung 4 min, 60°C
  • 2. Oxydative Konditionierung in KMnO₄-Lösung 10 min, 88°C
  • 3. Katalysieren, d. h. Tauchbeschichten mit modifizierter Monomerlösung (Thiophenderi­ vate) 2 min, 20°C
  • 4. Fixieren in Säure, d. h. Polymerisation und Dotierung 2 min, 20°C
  • 5. Wiederholung der Schritte 2. bis 4., jedoch 2. nur 5 min.
Schritt c die galvanische Vernickelung bzw. Verkupferung und anschließende Vernickelung in be­ kannter Weise (z. B. mit Bädern von Blasberg GTL) bis zur Schichtdicke von ca 60 µm) bei 20 bis 60°C, 2 A/dm² ca. 2 Stunden, abhängig vom Badtyp und der Badqualität abgesichert. Eine Aufbringung einer dünnen Zwischenschicht aus Chemisch Nickel oder Chemisch Kup­ fer (in bekannter Weise, Bäder z. B. von Blasberg GTL) verbessert die Haftfestigkeit.
Im Ausführungsbeispiel 5 wird im
Schritt a die elastische Schicht 3 (Gummi) nach dem im Schritt a des Ausführungsbeispiels 3 an­ gegebenen Art und Weise auf den Grundwerkstoff 1 aufgebracht,
Schritt b die elastische Schicht 3 in bekannter Art und Weise gereinigt, entfettet und aufgerauht und im
Schritt c die als Pulver oder Draht vorliegenden Metalle, hier Nickel, Nickel-Crom oder Titan, in einer energiereichen Quelle, in bekannter Weise mit dem Flammspritzverfahren (Acety­ len-Sauerstoff-Gemisch) auf die kalte metallische oder hartmetallische Schicht 4 aufge­ bracht.
Die in den oben gezeigten Ausführungsbeispielen eingesetzten Verschleißschutzschichten und das Verfahren zum Auftragen dieser auf Bauteile sind auf Erosionsbeständigkeit mit nachstehendem Ergebnis geprüft worden.
Als Referenzwerkstoff ist St 37 gewählt. Eingesetzt ist CFK.
Am Beispiel CFK mit der Verschleißschutzschicht 2 ist ersichtlich, daß die Abnahme der Erosionsverluste im Masseabtrag um 2 Größenordnungen liegen, die somit vergleichbar sind mit erosionsbeständigen Bauteilen aus Turbinenschaufelstahl. Die Prüfung auf Erosionsbeständigkeit hat unter der Bedingung einer Partikelgeschwindigkeit bis 200 m/s nachstehende Ergebnisse bezüglich Stärke der Verschleißschutzschicht 2 bzw. der Teil­ schichten (3; 4) gezeigt.
PUR-Gummi = 0,5 mm (Erhöhung bis 3 mm verbessert den Schutz)
Metallfolie = 100 µm (gute Ergebnisse bis zu 200 µm)
Aufgrund dieser Ergebnisse ist abzuleiten, daß die Schichtdicke des Gummis für den jeweili­ gen Verwendungszweck auszuwählen ist. Sie soll so dick sein, daß sie die Deformation durch die Partikel aufnehmen kann, sie hängt also ab von der Partikelgeschwindigkeit und Partikelgröße (-masse). In den Ausführungsbeispielen ist die Partikelgröße um 50 µm Durchmesser anzusetzen und die dazu benötigte Gummischichtdicke von 1 mm ist ausrei­ chend. Die Schichtdicken sind während des Einsatzes nicht veränderbar. Es ist möglich, im Herstellungsprozeß besonders gefährdete Stellen des Grundwerkstoffes mit einer dickeren Gummischicht zu versehen, z. B. durch Aufspritzen der Gummischicht an diesen Stellen. Die Metallfolien-Schicht soll entsprechend ihrer Festigkeit einen entsprechenden Wider­ stand gegen Faltenbildung besitzen (von 0,1 mm bis 0,25 mm ausreichend). Wobei im Fall des Einsatzes von TiA16V4-Folie Dicken von 0,1 mm ausreichen. Bei Einsatz duktilerer Fo­ lien sind dickere Schichten oder zusätzliche Hartstoffbeschichtungen notwendig.
Bezugszeichenliste
1 Grundwerkstoff
2 Verschleißschutzschicht
3 elastische Schicht
4 metallische oder hartmetallische Schicht
5 Klebstoff

Claims (8)

1. Verschleißschutzschicht für Bauteile, die aus anorganisch-nichtmetallischen, metallischen oder organischen Werkstoffen bzw. aus deren Kombinationen bestehen, wobei die Verschleißschutzschicht sich vornehmlich gegen die Erosion und Kavitation richtet, ins­ besondere für Bauteile, die einer Prall- und Gleitstrahlbeanspruchung, das heißt, einer Kom­ bination zwischen Prall- und Gleitstrahlverschleiß ausgesetzt sind, indem die Verschleißschutzschicht (2) mit dem zu schützenden Grundwerkstoff (1) fest verbunden ist und aus einer Metallschicht bzw. Hartstoffschicht und dämpfenden Schicht besteht, da­ durch gekennzeichnet, daß eine geschlossene haftfeste metallische oder hartmetallische Schicht (4) mit der Härte zwischen 1000 HV und 3000 HV auf eine elastische Schicht (3) aufgeklebt, aufgedampft, galvanisiert oder aufgesprüht ist und gemeinsam die Verschleißschutzschicht (2) bilden, wobei die elastische Schicht (3) entsprechend der Oberflächenkontur des zu schützenden Grundwerkstoffes (1) und der Prall- und Gleitstrahl­ beanspruchung der Verschleißschutzschicht (2) gleichförmig oder unterschiedlich dick ausgeführt ist, die eine Dicke von 0,5 mm bis 3 mm besitzt und eine Härte von Shore A10 bis A90 aufweist.
2. Verschleißschutzschicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eigenschaften der elastischen Schicht (3) über die Schichtdicke konstant sind.
3. Verschleißschutzschicht nach Anspruch 1 bis Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Eigenschaften der elastischen Schicht (3) über die Schichtdicke nicht konstant sind.
4. Verfahren zum Auftragen einer Verschleißschutzschicht auf Bauteile, die aus anorganisch­ nichtmetallischen, metallischen oder organischen Werkstoffen bzw. aus deren Kombinatio­ nen besteht, wobei der Verschleißschutz sich vornehmlich gegen die Erosion und Kavitation richtet, insbesondere für Bauteile, die einer Prall- und Gleitstrahlbeanspruchung, d. h. einer Kombination zwischen Prall- und Gleitstrahlverschleiß ausgesetzt sind, indem die Verschleißschutzschicht (2) mit dem zu schützenden Grundwerkstoff (1) fest verbunden ist und aus einer Metallschicht und dämpfende Schicht besteht, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verschleißschutzschicht (2), bestehend aus einer elastischen Schicht (3) und einer metallischen oder hartmetallischen Schicht (4), auf einen Grundwerkstoff (1) festhaftend aufgebracht wird, indem die Verschleißschutzschicht (2)
durch Kleben
  • - bei plattenförmigen Gebilden des Grundwerkstoffs (1) die elastische Schicht (3) und die metallischen oder hartmetallische Schicht (4) nacheinander und übereinander auf den Grundwerkstoff (1) aufgelegt wird und anschließend als Paket kalt einem Druck von 5 bar und 90 Sekunden lang ausgesetzt wird, nachdem vorher die später miteinander in Wirkver­ bindung stehenden Flächen des Grundwerkstoffes (1), der elastischen Schicht (3) und der metallischen oder hartmetallischen Schicht (4) in bekannter Weise gereinigt, entfettet und mittels Sandstrahlen/Sandpapier aufgerauht und mit einem Klebstoff versehen wurden,
  • - bei komplizierten, gewölbten Oberflächen von Gebilden des Grundwerkstoffes (1) die ela­ stische Schicht (3) und die metallische oder hartmetallische Schicht (4) nacheinander und übereinander auf den Grundwerkstoff (1) in Matrize eingelegt, wobei diese Schichten mit dem Formteil geformt und geklebt gleich ausgehärtet werden, nachdem die später miteinan­ der in Wirkverbindung stehenden Flächen des Grundwerkstoffes (1), der elastischen Schicht (3) und der metallischen oder hartmetallischen Schicht (4) in bekannter Weise gerei­ nigt, entfettet und mittels Sandstrahlen/Sandpapier aufgerauht und mit einem Klebstoff ver­ sehen wurden,
durch Aufdampfen
  • - bei plattenförmigen Gebilden des Grundwerkstoffes (1) die elastische Schicht (3) ohne die metallische oder hartmetallische Schicht (4) wie beim Kleben auf den Grundwerkstoff (1) fest haftend aufgebracht wird, wobei die Fläche, die nicht mit dem Grundwerkstoff (1) in Wirkverbindung steht, nur aufgerauht wird,
  • - bei komplizierten, gewölbten Gebilde des Grundwerkstoffes (1) die elastische Schicht (3) auf den Grundwerkstoff (1) durch Reaktionsgießen oder Reaktionsspritzen aus einem Zweikomponentensystem aufgebracht wird, nachdem vorher der Grundwerkstoff (1) in be­ kannter Weise gereinigt, entfettet und aufgerauht mit einer Rauhtiefe 5 Mikrometer bis 7 Mikrometer vorbereitet wurde,
anschließend wird auf die so aufgebrachte elastische Schicht (3) die metallische oder hart­ metallische Schicht (4) nach dem bekannten PVD-Verfahren (physikalische Abscheidung aus der Gasphase) im Vakuum durch
  • - Aufdampfen oder durch
  • - Sputtern mit Magnetro-Sputtersystemen
aufgebracht, wobei der Grundwerkstoff (1) mit der elastischen Schicht (3) direkt oder indirekt gekühlt wird,
durch Galvanisieren,
auf den Grundwerkstoff (1) aufgebracht wird, wobei die elastische Schicht (3) in einer der vorgenannten Art und Weise wie beim Aufdampfen zunächst auf den Grundwerkstoff (1) festhaftend aufgearbeitet wird, indem dieser anschließend auf ihrer freien Oberfläche eine leitfähige Polymerschicht (CP) angebracht wird, auf dieser dann eine haftfeste Metallisie­ rung durch eine galvanische Beschichtung nach nachfolgenden Schritten vorgenommen wird:
1. Schritt: Plasmabehandlung (-aktivierung) der metallischen Schicht (4) in Niederdruck-Plasmakam­ mer (Druck 0,7 mbar, Durchfluß O₂ bzw. Ar/O₂ 50 ml/min, Zeit 1 bis 10 min, Hochfrequenz 13,56 MHz),
2. Schritt: Aufbringen einer leitfähigen Polymerschicht auf die elastische Schicht (3) mit dem bekann­ ten DMS-E-Verfahren
  • 1. Konditionieren in Tensidlösung 4 min. 60°C
  • 2. Oxydative Konditionierung in KMnO₄-Lösung 10 min, 88°C
  • 3. Katalisieren, d. h. Tauchbeschichten mit modifizierter Monomerlösung (Thiophenderiva­ te) 2 min, 20°C
  • 4. Fixieren in Säure, d. h. Polymerisation und Dotierung 2 min, 20°C
  • 5. Wiederholung der Schritte 2. bis 4., jedoch 2. nur 5 min,
3. Schritt: galvanische Vernickelung bzw. Verkupferung und anschließende Vernickelung in be­ kannter Weise bis zur Schichtdicke von ca 60 µm bei 20°C bis 60°C, 2 A/dm² ca. 2 Stunden, abhängig vom Badtyp und der Badqualität.
Eine Aufbringung einer dünnen Zwischenschicht aus Chemisch Nickel oder Chemisch Kupfer in bekannter Weise verbessert die Haftfestigkeit,
durch Aufsprühen auf den Grundwerkstoff (1) aufgebracht wird, wobei die elastische Schicht (3) in einer der vorgenannten Art Weise wie bei dem Aufdampfen auf den Grundwerkstoff (1) fest­ haftend aufgearbeitet wird, indem dieser, die kalt ist, anschließend auf ihrer freien Oberfläche, die als Pulver oder Draht vorliegenden Metalle (Nickel, Nickel-Chrom oder Titan) in einer energiereichen Quelle in bekannter Weise mit dem Flammspritzverfahren (Acetylen-Sauerstoff-Gemisch) aufgetragen werden.
DE4443440A 1994-01-26 1994-12-07 Verschleißschutzschicht und Verfahren zum Auftragen dieser auf Bauteile Withdrawn DE4443440A1 (de)

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