DE1796370C2 - Flammspritzpulver - Google Patents

Description

20

Die Erfindung betrifft Flammspritzpulver auf der Basis von Aluminiumoxid und Titanoxid.

Flammspritzpulver dienen dazu. Überzüge auf Unterlagen aufzubringen. Dabei wird das aufzubringende Material in der Hitze erweicht oder aufgeschmolzen und auf die zu beschichtende Unterlage aufgespritzt. Die aufzuspritzenden Massen liegen im allgemeinen in Form eines Metalles, einer keramischen Masse oder Mischungen dieser Stoffe vor.

Der auf die beschriebene Weise aufgespritzte Belag ist im allgemeinen porös, eine Eigenschaft, die für gewisse Anwendungszwecke unerwünscht ist. Sollen beispielsweise die Beläge dazu dienen, die Unterlage gegen Korrosion, Einfluß von Sauerstoff oder Angriffe chemischer Art zu schützen oder beabsichtigt man, elektrisch isolierende Überzüge aufzubringen, so stört die vorliegende Porosität im allgemeinen und man ist dann oft gezwungen, die aufgespritzten Beläge zusammenzuschmelzen. Flammgespritzte Überzüge aus keramischen Massen, beispielsweise aus feuerfesten Oxiden oder Keramikmetallen, haben oft nicht die gewünschte Abriebbeständigkeit oder Verschleißfestigkeit, was auf die vorliegende Porosität und geringe Haftung der Einzelteilchen zurückzuführen ist.

Es bestand daher die Aufgabe, ein Flammspritzpulver zu entwickeln, das die Erzeugung nicht poröser, verschleißfester, flammgespritzter Überzüge ermöglicht. Die Erfindung löst die Aufgabe.

Nach der Erfindung lassen sich nicht poröse Flammspritzüberzüge erhalten, die abrieb- und verschleißfest sind und außerdem die Unterlage gegen korrodierende Einflüsse der Umgebung schützen, durch Verwenden eines Flammspritzpulvers auf der Basis von Aluminiumoxid und Titandioxid, dadurch gekennzeichnet, daß an der Oberfläche der Aluminiumoxidteilchen 1 bis 50 Vol.-% Titandioxid bezogen auf das Gesamtteilchen mit Hilfe eines Bindemittels, das sich in der Hitze des Flammspritzvorganges zersetzt oder verflüchtigt, gebunden sind, und daß das Aluminiumoxid eine Teilchengröße von 5 bis 149 μίτι und das Titandioxid eine Teilchengröße bis zu 10 μίτι aufweisen. Das Aufsprit7cn erfolgt in üblicher Weise unter Verwendung aller Arten von Pulverflammspritzgeräten, wie sie beispielsweise die Prüfer-Flammspritzpistolen darstellen, die in der LJS-PS 29 61 335 beschrieben sind. Man kann auch mit einer Pulver-Flammspritzpistole vom Plasmatyp arbeiten, über die die US-PS 31 45 287 und 29 60 594 berichten.

Obgleich vorzugsweise jedes Einzelteilchen im Pulver der Erfindung auf seiner Oberfläche haftende, als Flußmittel dienende Massen aufweisen soll, ist die Erfindung auch durchführbar mit Flammspritzpulvern, bei denen nur ein Tei! der Einzelteilchen auf seiner Oberfläche eine als Flußmittel dienende keramische Masse trägt. Beispielsweise kann man mit einer Mischung, arbeitea die einerseits aus Einzelteilchen besteht, auf deren Oberfläche eine als Flußmittel dienende keramische Masse gebunden ist, während der andere Teil keine Flußmittel dienende Keramik enthält Die günstigen Ergebnisse lassen sich jedoch nur erreichen, wenn das als Flußmittel dienende Titandioxid mindestens zu 1 Vol.-% vorzugsweise mindestens 5 VoL-% bezogen auf die gesamte aufgespritzte Pulvermasse, vorliegt Bezogen auf die Einzelteilchen soll das als Flußmittel dienende Titandioxid Mengen von 1 bis 50Vo!.-% und vorzugsweise 5 bis 25Vol.-% ausmachen.

Als Flußmittel dienende keramische Massen sind bekannt und haben die Eigenschaft, andere keramische Oxide zu durchfeuchten oder aufzulösen und/oder in anderen Metalloxiden gelöst zu werden. Der Ausdruck »als Flußmittel dienend« wird vorliegend in seinem breitesten Sinn gebraucht und bezeichnet die Fähigkeit andere Oxide bei erhöhten Temperaturen zu benetzen oder zu durchfeuchten. Insbesondere muß die als Flußmittel dienende keramische Masse geeignet sein, die Oberfläche des den Kern darstellenden Teilchens bei den Spritztemperaturen zu durchfeuchten.

Das Pulver der Erfindung liegt bezüglich des den Kern bildenden Aluminiumoxids in einer Teilchengröße von 5 bis 149 μηι vor. Das als Flußmittel dienende Titandioxid liegt in einer Teilchengröße bis zu 10 μιη vor.

Die als Ausgangsmaterial verwendeten Teilchen können in Form der üblichen Flammspritzteilchen jenen Materials vorliegen, auf welches die als Flußmittel dienende keramische Masse aufgebracht werden soll.

Es hat sich besonders bewährt die als Flußmittel dienende keramische Substanz mit Hilfe einer Klebmasse oder eines Klebemittels aufzubringen, wobei eine solche Klebmasse angewandt wird, die sich während des Flammspritzverfahrens zersetzt oder verflüchtigt. Beispiele anzuwendender Bindemittel: Chlorkautschuk, Polyester, Polyolefine, wie Polyethylen, Vinylverbindun gen, Cellulosekunststoffe und vorzugsweise katalysierte Harze wie phenolische Harze oder Epoxyharze.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfin dung stellt man eine Dispersion aus einem Standardlack und zweckmäßig einem Lack auf Phenolharzbasis mit den Einzelteilchen der als Flußmittel dienenden keramischen Substanz her, wobei in gleicher Weise gearbeitet wird wie beim Dispergieren eines Pigments in einem Lack. Diese Dispersion wird dann auf die Einzelteilchen der Grundflammspritzmasse aufgebracht und trocknen gelassen. Das Aufbringen erfolgt in üblicher Weise, beispielsweise durch einfaches Vermischen der Einzelteilchen mit der aus Lack und keramischer Masse bestehenden Dispersion oder durch Aufsprühen des die keramische Flußmasse enthaltenden Lacks auf die Einzeheilchen usw. Nach einer anderen Arbeitsweise vermischt man die Einzelteilchen der Grundmasse und das feinere Pulver der als Flußmittel dienenden keramischen Substanz in einer aus Lack oder anderem Bindemitte! bestehenden Masse, die man während des Vermischens durch Abdampfen des Lösungsmittels auftrocknen läßt, wonach man das nach

dem Trocknen vorliegende Pulver absiebt Ganz überraschenderweise tritt keine wesentliche Agglomeration auf und die als Flußmittel keraramischen Teilchen sind ziemlich gleichförmig auf der Oberfläche des Grundpulvers verteilt

Besondere Vorteile werden nach der Erfindung dadurch möglich, daß man Aluminiumoxid, das 1 bis 50 und vorzugsweise 5 bis 25 VoL-% von als Flußmittel dienendem Titandioxid von geringerer Teilchengröße trägt, anwendet, das die als Flußmittel dienenden Titandioxidteilchen festhaftend auf der Oberfläche trägt Verglichen mit aufgespritzten feuerbeständigen Oxiden als solchen erreicht man durch das Spritzen des erfindungsgemäßen Pulvers eine wesentliche Verminderung der Poiosität; außerdem zeigen die nach dieser Ausführungsform hergestellten Überzüge eine hohe Beständigkeit gegenüber chemischen Agentien, hohe Korrosionsfähigkeit und Beständigkeit gegenüber oxidativen Einflüssen. Darüber hinaus besitzen sie verbesserte dielektrische Eigenschaften, eine erhöhte Verschleißfestigkeit und weisen eine erhöhte Haftfestigkeit der Einzelteilchen auf. Die Überzüge stellen daher ausgezeichnete Schutzüberzüge dar und können als »selbstverschweißte« Beläge angesehen werden, die glatt festhaftend, undurchlässig und korrosionsbeständig sind.

Das Flammspritzen der Pulver von der erfindungsgemäßen Zusammensetzung wird in üblicher Weise durchgeführt wobei man bekannte Flammspritzgeräte benutzt In besonderen Fällen ist die Anwendung von Plasmaflammspritzpistolen zweckmäßig. Die Beläge lassen sich auf die üblicherweise zu überziehenden Unterlagen aufspritzen, beispielsweise auf Baustähle, unlegierte Stähle, Stahllegierungen, Legierungen auf Nickelbasis und Aluminium. Man bringt Beläge im Sinne der Erfindung in jenen Fällen auf, in denen es darauf ankommt, die Oberfläche gegen Abrieb oder Angriffe chemischer Agentien zu schützen. Aluminiumoxidpulver, das mit Titandioxid-Flußmittel im Sinne der Erfindung umhüllt ist, wendet man z. B. an für Pumpendichtungen, Pumpenwellen, Plungerkolben usw., um diese Apparateteile gegen Abrieb und Angriffe chemischer Stoff zu schützen. Man kann entsprechende Beläge auch auf die äußere feuchte Fläche von Zylinderauskleidungen anbringen, um Korrosion und Erosion der Auskleidungen zu verzögern. Aluminiumoxid, das mit dem Flußmittel Titandioxid im Sinne der Erfindung umhüllt ist, kann aufgespritzt werden, um Überzüge für elektrische Isolatoren zu liefern, wobei sich diese Beläge durch erhöhte Festigkeit gegenüber einem Spannungsabfall auszeichnen. Sie können in Spannungsregulatoren.Generatoren.Relais.Stromkreisunterbrechern, Kondensatoren oder Trägern angebracht werden. Das umhüllte feuerfeste Oxid kommt vor allem für Anwendungsgebiete infrage, in denen hohe Temperaturen vorherrschen, wobei es die Unterlage bildende Metalle gegen Oxidation und/oder Erosion schützt. Die mit Hilfe dieses Pulvers gebildeten Beläge lassen sich Temperaturen unterwerfen, die oberhalb des Erweichungs- oder Schmelzpunkts des als Flußmittel dienenden Titandioxids liegen; die keramische Masse löst sich mit dem den Kern bildenden Oxid unter Ausbildung fester Lösungen oder Verbindungen mit Schmelzpunkten, die höher liegen als die umgebende Temperatur, so daß der Belag intakt bleibt. Aus umhülltem Aluminiumoxidpulver erfindungsgemäß hergestellte Beläge eignen sich für das Beschichten von Kolbenhauben und Zylinderköpfen in Brennkraftma-

schinen.

Man kann Überzüge in einer Stärke von 50 bis 760 μΐη aufbringen, obgleich man im allgemeinen mit einer Überzugsdicke von 130 bis 250 μΐη arbeitet Es hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, beim Aufspritzen von keramischen Materialien, wie z. B. feuerfesten Oxiden, das Spritzen nicht zu heiß vorzunehmen, da man sonst Abblätterungserscheinungen in Kauf nehmen muß. Im allgemeinen arbeitet man mit Temperaturen des Überzugs auf der Unterlage zwischen 260 und 350° C, dabei mißt man mit einem Oberflächenkontaktpyrometer unter Einhaltung eines Spritzabstandes zwischen 15 und 18 cm.

Die nachfolgenden Beispiele veranschaulichen die Erfindung.

Betspiel 1

Ein aus Aluminiumoxid bestehendes Flammspritzpulver mit einer Teilchengröße zwischen 15 und 53 μπι wurde gründlich mit 6Gew.-% eines phenoliscnen Harzlackes vermischt Der angewandte Lack trocknet an der Luft und enthält 10% phenolisches Harz, gelöst in Alkoho! und aromatischen Kühlenwasserstoffen. 7,75 Gew.-% des als Flußmittel dienenden Titandioxids, bezogen auf das Gesamtgewicht von Flußmittel und Aluminiumoxid-Flammspritzpulver, wurden mit einer ausreichenden Menge an Verdünnungsmittel (gleiche Mengen an Kohlenwasserstoffketonen und Alkohol enthaltend) gemischt, um die Flußmittelkeramik zu suspendieren. Bezogen auf das Gewicht des als Flußmittel dienenden Titandioxids waren 60 Gew.-% für diesen Zweck erforderlich. Die im Verdünnungsmittel vorliegende Suspension wurde dann der aus Phenollack und Aluminiumoxid-Flammspritzpulver bestehenden Mischung zugegeben und beide Bestandteile gründlich in einem elektrischen Mischer unter Einhaltung einer Temperatur von 65°C durchmischt, um gleichzeitig zu trocknen. Nach dem Trocknen wurde das Pulver über ein Sieb mit einer Maschenweite von 74 μΐη abgesiebt wobei nur l,5Gew.-⁰/o des Pulvers in agglomerierter Form zurückblieben. Das durchgesiebte Pulver bes.and aus Einzelteilchen des Aluminiumoxid-Pulvers an dessen Oberfläche etwa 7,75 Gew.-°/o bezogen auf das Gesamtgewicht an Titandioxid mit Hilfe des phenolischen Harzes gebunden waren. Das verwendete Titandioxid besaß hohe Reinheit und eine Teilchengröße unterhalb 5 μπι. Das Flammspritzen des Pulvers erfolgte unter Verwendung einer Pulverspritzpistole vom Plasma-Typ. Das Aufspritzen erfolgte unter Einhaltung folgender Bedingungen: Die angewendete Stromstärke lag bei 450 Ampere, gearbeitet wurde mit einer aus Stickstoff und Wasserstoff bestehenden Gasmischung unter Einhaltung von Strömungsgeschwindigkeiten von 2,83 m³ Stickstoff und 0,43 m³ Wasserstoff. Bespritzt wurde eine 1,3 cm dicke Stahlwelle. Diese war einer Sandstrahlvorbehandlung unter Anwendung von unter Überdruck von 7 bar stehender Luft und von Aluminiumoxid-Gries (+12) einer Teilchengröße von 0,42 mm unterzogen worden. Gespritzt wurde im Abstand von 15 bis 18 cm und einer Auftragsgeschwindigkeit von 1,8 kg Pulver/Std. Es wurde ein Belag von 0,38 mm Dicke ausgebildet, der dann mit einem Carborund-Schleifrad zu einer Oberflächenfeingestalt von 0,4 — 0,5 μπι geschliffen und anschließend durch Polieren auf 2 bis 3 μπι gebracht wurde, wobei für das Polieren eine Diamantpaste von 9 μιτι Teilchengröße angewandt wurde. Der endgültige Belag war 0,25 mm dick, weitgehend undurchlässig

sowie verschleiß-, !corrosions- und oxydationsfest

Der Belag wurde mit einer Auflösung von 2 Gew.-% NaCl in Wasser behandelt, wobei über eine Zeitdauer von 40 Tagen keine durch den Belag hindurchgehenden Angriffe festgestellt werden konnten. Der Oberzug ist besonders wertvoll für Anwendungsgebiete, die hohe Abrieb- und Verschleißfestigkeit erfordern, insbesondere in korrodierenden Medien, wo auch ein Schutz der Unterlage sichergestellt werden muß.

Außerdem zeigte der Belag sich als sehr beständig gegenüber Spannungstörungen und hat sich bei der Herstellung elektrischer Isolatoren bewährt

Beispiel 2

Es wurde, wie nachstehend aufgeführt eine Pulverzubereitung hergestellt die aus 10,1 Vol.-% Titandioxid, Rest Aluminiumoxid, bezogen auf das Gesamtgewicht dieser Oxide, bestand. Geglühtes Aluminium einer Teilchengröße von 5 bis 10 μηι wurde kräftig mit einem Titan-Pigmentpulver hoher Reinheit und einer Teilchengröße unterhalb 5 μπι vermischt Die Pulvermischung wurde mit Wasser vermischt das 2 Gew.-% Polyvinylalkohol gelöst enthielt Der Schlamm wurde auf ein festes Blech gegossen und sorgfältig in einem Ofen bei etwa 66° C getrocknet anschließend zerkleinert und auf eine Teilchengröße zwischen 15 und 53 μπι abgesiebt

ίο Dieses Pulver wurde in gleicher Weise, wie in Beispiel 1 beschrieben, mit Hilfe einer Plasma-Flamme aufgespritzt Es wurden grau aussehende Überzüge erhalten, die im übrigen gleiche Eigenschaften besaßen, wie die Überzüge, die nach Beispiel 1 mit einem Pulver aufgespritzt worden waren, dessen Einzelteilchen aus mit Titandioxid umhülltem Aluminiumoxid bestanden. Lediglich die dielektrische Festigkeit lag etwas niedriger.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Flammspritzpulver auf der Basis Aluminiumoxid und Titanoxid, dadurch gekennzeichnet, daß an der Oberfläche der Aluminiumoxidteil- chen 1 bis 50 Vol.-°/o Titandioxid, bezogen auf das Gesamtteilchen mit Hilfe eines Bindemittels, das sich in der Hitze des Flammspritzpulvers zersetzt oder verflüchtigt, gebunden sind und daß das Aluminiumoxid eine Teilchengröße von 5 bis 149 μπι und das Titandioxid eine Teilchengröße bis zu ΙΟμπι aufweist,

2. Flammspritzpulver nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Oberfläche der Aluminiumoxidteilchen 5 bis 25Vol.-°/o bezogen auf das Gesamtteilchen, Titandioxid gebunden sind.