Verfahren zum Aufbringen eines Cermet-Überzuges auf metallischem Kupfer
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufbringen eines mindestens zweischichtigen, gegen Schädigung durch Oxydation, Hitze, Abnützung und/ oder elektrische Einflüsse schützenden Cermet-Überzuges auf metallischem Kupfer.
Insbesondere ermöglichen binäre Cermet-Überzüge zusammen mit der Verwendung von Oxyden die Herstellung von Überzügen, die gegenüber Wärmeoxydation beständig sind (Antioxydationssperren); stark isolierenden und wärmebeständigen Überzügen (Wärmesperren) und besonders hohe Temperaturen elektroisolierenden Über- zügen (Elektroisoliersperren) für den besonderen Schutz von metallischen Kupferflächen.
Es ist bekannt, dass Kupfer ein sehr gutes Baumaterial ist; so besitzt es eine hohe Wärmeleitfähigkeit, eine sehr gute elektrische Leithähigkeit, Eigenschaften, die in verschiedenen Fällen unerlässlich sind; jedoch ist in anderen Fällen seine Verwendung als Baumaterial für industrielle Anlagen und Vorrichtungen durch andere entgegenstehende Eigenschaften verhindert, wie der verhältnismässig niedrige Schmelzpunkt und seine bemerkenswerte Oxydierbarkeit, die seine Verwendung insbesondere im Bereich hoher Temperaturen und unter einer oxydierenden Atmosphäre unmöglich machen.
In bestimmten Fällen, in welchen seine Verwendung einerseits durch einige Eigenschaften des Kupfers bestimmt ist, die aufgrund der gleichen funktionellen Erfordernisse in diesem Fall nicht aufgegeben werden können, ist es andererseits erforderlich, hohe Unterhaltungskosten und häufiges Auswechseln der aus diesem Material hergestellten Elemente der Vorrichtungen in Kauf zu nehmen, insbesondere dann, wenn die Arbeitsbedingungen hohe Temperaturen, oxydierende Atmosphären und chemisch angreifende Mittel einschliessen.
Neben der Vermeidung des Materialverbrauchs von Kupfer, der durch thermische und/oder Wärmeoxydationsvorgänge und/oder chemische Korrosion verursacht wird, besteht in anderen Fällen die Schwierigkeit der Verbesserung der Arbeitsbedingungen mit Bezug auf die Gefässwandtemperatur (welche so nah wie möglich an der Temperatur des Wärmeraumes gehalten werden sollte, welcher durch die Kupfermetallfläche eingeschlossen wird oder dieser benachbart ist) und mit Bezug auf die Wärme- und elektrische Isolierung des in Frage stehenden Kupfermetallelements.
Es gibt verschiedene Beispiele für die Verwendung von Kupferelementen in industriellen Vorrichtungen und Anlagen, bei welchen die vorstehenden Betrachtungen eine Rolle spielen, die aufgezeigt und diskutiert werden könnten. Es sollen aber nur einige der repräsentativsten Beispiele erwähnt werden.
a) Entlastungslöcher oder Ausstossöffnungen hüttenmännischer Öfen; sie werden mit einem Mantel mit zwangsläufigem Wasserumlauf versehen und sind einer Wärme- und/oder Wärmeoxydationsabnutzung unterworfen, die durch schmelzflüssige Metalle und schmelzflüssige Schlacke bewirkt wird, welche durch diese öffnungen periodisch abgelassen werden.
In diesem Fall ist ein Uberzug erforderlich, welcher die Eigenschaften einer aAntioxydationssperresy oder Wärmesperre besitzt und durch die schmelzflüssigen Materialien chemisch nicht angegriffen wird.
b) Sauerstoff einblasende Düsen bei hüttenmännischen Frischöfen: sie bestehen aus starken Stäben, die mit verschiedenen Öffnungen für das Einblasen von Sauerstoff und mit Kühlmänteln für den Wasserumlauf versehen sind. Die Abnutzung dieser Stäbe erfolgt ungewöhnlich rasch und ist im wesentlichen wärmeoxydierender Art.
In diesem Fall ist ein Überzug erforderlich, welcher die Eigenschaften einer aAntioxydationssperre)) und einer Wärmesperre besitzt.
c) Induktionsheizschlangen: sie werden in Heiz-, Schmelz- und Dichtungsöfen verwendet und bestehen fast immer aus Kupferröhren mit Wasserzirkulation. In diesem Fall ist die Aufbringung eines Überzugs besonders zweckmässig, welcher insgesamt die Eigenschaften einer aAntioxydationssperre . Wärmesperre und aElektroisoliersperre hat.
d) Verbrennungskammern für petrochemisches Krakken: im Augenblick wird Kupfer aus diesem Gebiet nicht verwendet aufgrund seines verhältnismässig niedrigen Schmelzpunktes. Die Aufbringung eines < (Antioxyda- tionssperr - und Wärmesperr) > -überzugs ermöglicht die Verwendung dieses Materials auch auf diesem Gebiet, wobei die verschiedenen Schwierigkeiten hinsichtlich der geringen Festigkeit der Verbindungsstellen von Eisenmaterialien und verschiedener Legierungen, die gegenwärtig verwendet werden, ausgeschaltet werden.
e) Verschiedene Rohre und Oberflächen, die unter Temperaturbedingungen zwischen 4000 und 8000C arbeiten; diese Elemente, die in verschiedenen Anlagen vorhanden sind, sind in einem Oxydationsraum einer be merlsenswerten und kostspieligen Abnutzung aufgrund von Wärmeoxydation unterworfen.
Im letzteren Fall genügt es, einen Antioxydations- sperr- Überzug aufzubringen, welcher die Unzuträglichkeiten ausschalten und eine lange Lebensdauer gewährleisten kann.
Auf dem Gebiet der Schutzüberzüge für allgemeine Metall- und Nichtmetallflächen sind verschiedene Verfahren für die Ablagerung von Überzügen aus verschiedenen Spezialmaterialien mit besonderen wärmebeständigen Eigenschaften und entsprechenden Schutzfunktionen auf gewöhnlichen Materialien bekannt. Trotzdem sind die auf diese Weise erhaltenen Schutzüberzüge sowohl hinsichtlich ihrer Wirksamkeit als auch ihrer Lebensdauer nicht zufriedenstellend. Diesbezüglich seien die Verfahren der elektrochemischen Ablagerung (wie die Chromplattierung, die Nickelplattierung od.dgl.) die Metallspritzverfahren unter Vakuum, die Verfahren der thermochemischen Ablagerung (wie die Chromplattierung in der Dampfphase) des Eintauchens in ein Schmelzbad und schliesslich die Verfahren durch Aufsprühen im geschmolzenen Zustand erwähnt.
Diese letztere Arbeitsweise geht auf das Schoopische Spritz-Verfahren zurück. Erwähnt seien z.B. Verfahren der Projektion im Oxyacetylenstrahl, bei welchen die aufzubringenden Materialien in Form von Draht, gesinterten Stäben bzw. Pulver verwendet werden.
Zu diesen kamen die Verfahren der Projektion im Plasmabogenstrahl hinzu.
Die Arbeitsweise des Aufsprühens im geschmolzenen Zustand , die zweifellos die jüngste Arbeitsweise auf dem Gebiet der Schutzüberzugsverfahren ist, bietet verschiedene Vorteile im Vergleich zu anderen Verfahren.
Diese Vorteile werden vor allem durch die durch diese Arbeitsweise gegebene Möglichkeit der Ablagerung von Materialien bestimmt, die ausser aus metallischen Materialien auch aus Oxyden, Carbiden, Boriden od.dgl.
(z.B. keramische bzw. metallkeramische Zusammensetzungen) bestehen können.
Trotzdem zeigt auch diese Arbeitsweise weniger günstige Aspekte oder wenigstens einige Schwierigkeiten bei der Aufbringung der Schutzüberzüge, von deren Überwindung der Erfolg und die Wirksamkeit dieser Überzüge abhängt, wobei die physikalischen Eigenschaften des Unterlagsmaterials mit denjenigen des überzugsmaterials aufeinander abgestimmt sein müssen, z.B. insbesondere bezüglich der Wärmeausdehnungskoeffizienten, um eine Rissbildung oder ein Ablösen aufgrund wärmemechanischer Beanspruchungen oder Spannungen zu vermeiden. Eine andere Ursache, welche die Verwendung dieser Schutzüberzüge beeinträchtigen kann, ist durch die Porosität des aufgebrachten Überzugs gegeben, die im allgemeinen zwischen 5 bis 10% des Volumens schwanken kann.
So ist bekannt, dass die Diffusion von Korrosionsgasen durch diese Poren die Adhäsionseigenschaften des Überzugs an die Metallunterlage ändert, wodurch nach kurzer Zeit die Abtrennung dieses Überzugs verursacht wird.
Zusammenfassend ist zu sagen, dass, obgleich die Arbeitsweisen des Aufsprühens im geschmolzenen Zustand viele Möglichkeiten der Lösung der Probleme hinsichtlich der Widerstandsfähigkeit der Materialien bieten, andererseits zahlreiche und unterschiedliche Schwierigkeiten bei der Herstellung und dem Erfolg der durch diese Arbeitsweisen erhaltenen Schutzüberzügen auftreten.
Nach dem erfindungsgemässen Verfahren können nun diese Schwierigkeiten bei Schutzüberzügen für Kupfermetallflächen, die einer oxydierenden Atmosphäre und einer hohen Temperatur ausgesetzt sind, überwunden werden. Das erfindungsgemässe Verfahren zum Aufbringen des genannten Cermet-Überzuges auf metallischem Kupfer ist nun dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Schicht eines Gemisches aus 70 bis 90% Chromcarbid Cr3C2 und 30 bis 10% Aluminium mittels chemischem oder elektrischem Flammenstrahl auf das Kupfer und hierauf mindestens eine zweite Schicht aus einem Metalloxyd, einer Verbindung von Metalloxyden oder untereinander einem Gemisch aus Metalloxyden, wobei das Metalloxyd, die Metalloxyde und Metalloxydverbindungen nicht unterhalb 19000C schmelzen und einen niedrigen Wärmeleitungskoeffizienten aufweisen, auf die erste Schicht aufgebracht wird.
Die bevorzugte Zusammensetzung besteht aus 80 Gew.-% Chromcarbid und 20 Gew.-% Aluminium.
Das Aufbringen des Schutzüberzuges erfolgt vorzugsweise nach Art des Aufsprühens im geschmolzenen Zustand . Insbesondere erfolgt die Projektion der Materialteilchen im schmelzflüssigen Zustand durch eine geregelte Zufuhr der aufzubringenden Materialien im pulverförmigen Zustand oder in Form eines gesinterten Stabes, vorzugsweise in Pulverform in die elektrische Flamme eines Plasmabogens.
Ein geeigneter Generator einer elektrischen Plasmastrahlflamme besteht kurz ausgedrückt aus einer Wolfram-Becherkathode und einer Kupferdüsenanode, die durch ein elektroisolierendes Zwischenelektrodenelement getragen und verbunden werden. Der zwischen den Elektroden elektrische Bogen wird stabilisiert und als Flammenstrahl bei einer sehr hohen Temperatur (3000 bis 15 0000C) durch ein geeignetes Gas (Argon, Stickstoff oder Wasserstoff oder deren Mischungen) eingeblasen, welches in einer geeigneten Menge in den Zwischenelektrodenhohlraum eingeführt wird.
Das aufzubringende Material, das vorzugsweise im pulverförmigen Zustand in den Plasmastrahl eingeblasen wird, wird dynamisch geschmolzen und mit einer hohen Geschwindigkeit auf die zu überziehende Fläche, die zuvor durch Sandstrahlbehandlung gereinigt wurde, aufgesprüht; dagegen wird es statisch geschmolzen, wenn das aufzubringende Material sich in der Form eines gesinterten Stabes befindet.
Ein geeignetes Cermet-Pulver erhält man z.B. durch Mischen der pulverigen Komponenten, die durch ein Sieb mit einer Maschenweite von 0,025 bis 0,125 mm, vorzugsweise von 0,044 bis 0,062 mm, fallen.
Die Aufbringung dieser Cermet-Gemische durch Aufsprühen im schmelzflüssigen Zustand (wobei vor zugsweise die Verwendung des elektrischen Flammenplasmastrahles und die Zufuhr des überzugsmaterials im pulverförmigen Zustand in Frage kommt) führt zur Ablagerung von Überzügen, welche für die behandelten Kupferflächen einen wirksamen und unzerstörbaren Antioxydationsschutz gewährleisten, der auch dann vorhanden ist, wenn die Metallelemente gesamthaft Temperaturen bis zu 800-900 C und gleichzeitig einer stark oxydierenden Atmosphäre ausgesetzt sind.
Diese Antioxydationssperr -Überzüge werden vorzugsweise mit einer Dicke im Bereich von 0,025-0,5 mm insbesondere 0,2 mm, aufgebracht.
Durch Aufbringen einer zweiten Schicht aus Oxyden allein, werden die Kupferoberflächen auch gegen Abnutzung in der Hitze geschützt.
Die Aufbringung der zweiten Überzugsschicht mit ausschliesslich keramischer Beschaffenheit wird zweckmässig ebenfalls unter Verwendung eines chemischen oder elektrischen Flammenstrahls, vorzugsweise einer elektrischen Plasmastrahlflamme durchgeführt, wie bereits für die erste Schicht beschrieben wurde.
Das für die Herstellung der zweiten Schicht des Überzugs erforderliche keramische Material wird vorzugsweise aus ox-AI203, ZrO. in der mit Calciumoxyd, Magnesiumoxyd oder Yttriumoxyd stabilisierten Form, ThO2, MgO oder aus Oxydverbindungen wie Spinell (MgO A1.0,), Calciumzirkonat, Zirkoniumsilicat (ZrSiO4) ausgewählt, vorzugsweise aus stabilisiertem Zirkonoxyd und/ oder z-Aluminiumoxyd, welche in Form von Gemischen und/oder einzeln abgelagert werden können.
Aluminiumoxyd ist aufgrund seiner dielektrischen Eigenschaften, die sowohl bei niedrigen als auch bei hohen Temperaturen stabil sind, als das für diesen Zweck am besten geeigneten keramische Material bekannt.
Die Erfindung bietet daher die Möglichkeit der Herstellung von Schutzüberzügen mit gemeinsamen Antioxydations-, Antiwärme- und Elektroisoliereigenschaften. Wenn in der zweiten Schicht keramischer Beschaffenheit tatsächlich z.B. eine Emi-Schicht von Zirkonoxyd aufgebracht wird, wobei hierauf die Aluminiumoxyd Deck-Emischicht gelagert wird, nimmt der Schutzüberzug im wesentlichen die elektroisolierenden Eigenschaften an, die jedoch mit den antithermischen Eigenschaften der unteren Emischicht (von Zirkonoxyd) und mit den antioxydierenden Eigenschaften der ersten Cermet Chromcarbid-Aluminiumschicht verbunden sind.
Wenn jedoch dagegen in der zweiten Schicht keramischer Beschaffenheit die Emischicht aus Aluminiumoxyd zuerst aufgebracht wird, indem man auf diese die Deck-Emischicht aus Zirkonoxyd schichtet, nimmt der Schutzüberzug im wesentlichen die antithermischen Eigenschaften dieses letzteren Oxyds an, die jedoch mit den elektroisolierenden Eigenschaften der darunterliegenden Emischicht (aus Aluminiumoxyd) und den Antioxydationseigenschaften der ersten Cermet Schicht verbunden sind.
Die Dicke der zweiten Schicht mit keramischer Beschaffenheit gemäss mehrfacher Sperrbehandlungen liegt im Bereich von 0,05 bis 2,5 mm, je nach Verwendungsart und Form der Gegenstände. Heizungsdicken von mehr als 0,5 mm kommen für Erzeugnisse in Frage, die unterhalb 9000C beansprucht werden. Je höher die Beanspruchungstemperatur liegt, desto dünner wird die Überzugsdicke bemessen.
Insbesondere können die < (Antioxydations-Wärme- sperr -Behandlungen für in Berührung mit Flammen kommenden Innenflächen eines Reaktors petrochemischer Anlagen für die Herstellung von Acetylen durch Krackung gasförmiger und/oder flüssiger Kohlenwasserstoffe zur Anwendung gelangen, wogegen es früher nicht möglich war dafür Kupfer zu verwenden.
Beispiel I
Aufbringung der Schutlbehandlung
Auf eine Seite einer Kupferprobe der flachen rechteckigen Art mit einer Grösse von 60X50X4 mm wird nach einer Sandstrahlbehandlung und durch die Arbeitsweise des Aufsprühens im geschmolzenen Zustand , welche unter Verwendung des elektrischen Argonplasmaflammenstrahls mit einer Energie von 14 kW durchgeführt wurde, die Antioxydationssperrbehandlung mit nur einer zusammengesetzten (compound) binären Schicht einer Dicke von etwa 0,2 mm aufgebracht, die unter Verwendung einer Mischung von Pulvern mit einem Gehalt an 80 Gew.-% Cr3C. und 20 Gew.-% Al mit einer Korngrösse entsprechend einer Sieb-Maschenweite von 0,034 bis 0,062 mm erhalten wurde, wobei die Pulvermischung durch eolische Stickstoffbeförderung in den Plasmastrahl eingeblasen wurde.
Wärmeoxydationstest unter homogenen Erhitzungsbedingungen in einem Muffelofen
Nach der Aufbringung der Schutzbehandlung wurde die Metallprobe in einen Muffelofen unter einer Luftatmosphäre bei einer Temperatur von 8000C eingebracht und 450 Stunden lang darin gehalten.
Nach Herausnahme aus dem Muffelofen wurde gefunden, dass der auf die Probe aufgebrachte Überzug sehr gute Eigenschaften der Beständigkeit gegenüber Wärmeoxydation zeigte, dass er mit der Unterlagefläche fest verankert blieb und dass die letztere daher vollkommen geschützt war, während die Oberfläche des Unterlagemetalls auf der entgegengesetzten, nicht geschützten Seite aufgrund der Wärmeoxydation einer starken Korrosion ausgesetzt war.
Ergebnis
Positiv, mit Eignung der aufgebrachten Behandlung für den Schutz von Kupfer gegenüber der durch Wärmeoxydation verursachten Korrosion.
Beispiel 2
Aufbringung der Schutzbehandlung
Auf eine Seite einer flachen rechteckigen Kupferprobe einer Grösse von 60X50X4 mm wird nach einer Sandstrahlbehandlung und durch die Arbeitsweise des Aufsprühens im geschmolzenen Zustand, welche unter Verwendung des elektrischen Argonplasmaflammenstrahls mit einer Energie von 14 kW durchgeführt wurde, die Antioxydations-Wärmesperrbehandlung aus zwei Schichten aufgebracht, die entsprechend den nachstehenden Arbeitsbedingungen erhalten wurden:
: - die erste (zusammengesetzte binäre Schicht) einer
Dicke von etwa 0, 2 mm wurde unter Verwendung einer Mischung von Pulvern mit einem Gehalt an
80 Gew.-O/, Cr3Ce und 20 Gew.-% Al mit einer Komgrösse entsprechend einer Maschenweite von
0,034 bis 0,062 mm erhalten; - die zweite (einfache) Schicht einer Dicke von etwa
0,1 mm wurde unter alleiniger Verwendung des ZrO2-Pulvers (stabilisiert mit etwa 5% CaO) mit einer
Korngrösse entsprechend einer Maschenweite von
0,034 bis 0,062 mm erhalten.
In allen Fällen wurden die Pulver durch eolische Beförderung mit Stickstoff in den Plasmastrahl eingeblasen.
Wärlzeoxydationstest unter homogenen Erhitzungsbedin gungeez in einem Muffelofen
Nach der Aufbringung der Schutzbehandlung wurde die Metallprobe in einen Muffelofen unter einer Luftatmosphäre bei einer Temperatur von 8000C eingebracht und 120 Stunden lang darin gehalten. Nach Herausnahme aus dem Muffelofen wurde gefunden, dass der auf die Probe aufgebrachte Überzug sehr gute Beständigkeitseingeschaften gegenüber Wärmeoxydation zeigte, dass er mit der Unterlagefläche fest verankert blieb und dass die letztere daher vollkommen geschützt war, während die Oberfläche der Metallunterlage auf der ge genüberliegenden. nicht geschützten Seite aufgrund der Wärmeoxydation eine starke Korrosion erlitten hatte.
Ergebnis
Positiv; der Schutzüberzug der Antioxydations-Wärmesperrart war gegenüber Spannungen oder Beanspruchungen, die durch ein starkes Erhitzen verursacht wurden, widerstandsfähig und gewährleistete einen sehr guten Schutz des Kupfers gegenüber Wärmeoxydation.
Beispiel 3 A ufbnngung der Schutzbehandlung
Auf eine Seite einer flachen rechteckigen Kupferprobe einer Grösse von 60X50X4 mm wird nach einer Sandstrahlbehandlung und durch die Arbeitsweise des Aufsprühens im geschmolzenen oder schmelzflüssigen Zustand, welche unter Anwendung des elektrischen Argonplasmaflammenstrahls mit einer Energie von 14 kW durchgeführt wurde, die Antioxydations-Wärmesperrbehandlung aus zwei Schichten angewandt oder aufgebracht, welche entsprechend den nachstehenden Arbeitsbedingungen erzeugt wurden: - die erste (zusammengesetzte binäre Schicht) einer
Dicke von etwa 0,2 mm wurde unter Verwendung einer Mischung von Pulvern mit einem Gehalt an 80 Gew.-qc Cr:-C und 20 Gew.- O Al mit einer Korn grösse entsprechend einer Maschenweite von 0,034 bis
0,062 mm erhalten.
- die zweite (einfache Schicht) einer Dicke von etwa
0,1 mm wurde unter Verwendung des ZrO,-Pulvers allein (stabilisiert mit etwa 5% CaO) mit einer Korn grösse entsprechend einer Maschenweite von 0,053 bis 0,062 mm erhalten.
In allen Fällen wurden die Pulver durch eolische Beförderung mit Stickstoff in den Plasmastrahl eingeblasen.
Jlränneschocktest der Oberfläche
Nach Aufgringung der Schutzbehandlung wurde die Metallprobe vor einen Oxyacetylenstrahl (0,275 1/Sek.
für C2H 0,265 l/Sek. für 0- bei 170C und 746 mm Hg), welche in einem Abstand von 5 cm von der Oberfläche der Probe gehalten wurde, gebracht, bis die Unterlagemetallfläche eine Temperatur von 9000C erreicht hat.
An diesem Punkt wird mittels eines Wasserstrahls bei 150C eine rasche Abkühlung durchgeführt und anschliessend wird die Oberfläche der Probe oder des Formstücks sich wiederholenden Zyklen heisser und kalter Strahle ausgesetzt. Nachdem die Probe während 20 Zyklen einem Wärmeschock ausgesetzt war, wurde beobachtet, dass der Schutzüberzug keinerlei Rissbildung erlitten und dass seine Haftung an der Oberfläche des Unterlagemetalls überhaupt nicht gelitten hatte.
Ergebnis
Positiv. Die als Wärmesperre aufgebrachte Behandlung zeigt, dass sie eine sehr gute Beständigkeit gegen über Spannungen oder Beanspruchungen besitzt, die durch einen raschen Wärmeschock verursacht wurden, und dass sie für die Anwendung oder Aufbringung auf Kupfer geeignet ist.
Beispiel 4
Aufbringung der Schutzbehandlung
Auf eine Seite eines flachen, rechteckigen Kupferformstücks oder einer Kupferprobe einer Gösse von 60X50X4 mm wird nach einer Sandstrahlbehandlung und durch die Arbeitsweise des Aufsprühens im geschmolzenen Zustand, welche unter Anwendung eines elektrischen Argonplasmaflammenstrahls einer Energie von 14 kW durchgeführt wurde, die Antioxydations Elektroisoliersperrbehandlung aus zwei Schichten aufgebracht, welche entsprechend den nachstehenden Arbeitsmerkmalen erhalten wurden: - die erste (zusammengesetzte binäre Schicht) einer
Dicke von etwa 0,2 mm wurde unter Verwendung einer Mischung von Pulvern mit einem Gehalt an
80 Gew.-% Cr,C und 20 Gew.-% Al mit einer
Korngrösse entsprechend einer Maschenweite von
0,034 bis 0,062 mm erhalten.
- die zweite (einfache Schicht) einer Dicke von etwa
0,1 mm wurde unter Verwendung des oc-AloO3-Pul- vers allein mit einer Korngrösse entsprechend einer
Maschenweite von 0,053 bis 0,062 mm erhalten.
In allen Fällen wurden die Pulver durch eolische Beförderung mit Stickstoff in den Plasmastrahl eingeblasen oder eingebracht.
Wärmeoxydationstest unter homogenen Erhitzungsbedingungen in einem Muffelofen
Nach Aufbringung der Schutzbehandlung wurde die Metallprobe in einen Muffelofen unter einer Luftatmosphäre bei einer Temperatur von 8500C eingebracht und 120 Stunden lang darin belassen. Nach Herausnahme aus dem Muffelofen wurde gefunden, dass der auf die Probe aufgebrachte Überzug sehr gute Eigenschaften der Beständigkeit gegenüber Wärmeoxydation besass, dass er an der Unterlagefläche fest verankert blieb und dass die letztere daher vollkommen geschützt war, während die Oberfläche des Unterlagemetalls auf der gegenüberliegenden, nicht geschützten Seite aufgrund der Wärmeoxydation einer starken Korrosion unterworfen gewesen war.
Darüber hinaus zeigt der aufgebrachte Überzug sehr gute Elektroisolierungseigenschaften bei hohen Temperaturen aufgrund der keramischen Schicht aus Al.:03.
Ergebnis
Positiv mit Eignung der aufgebrachten Behandlung für den Schutz von Kupfer gegenüber Korrosion aufgrund von Wärmeoxydation und mit Elektroisolierungseigenschaften bei hoher Temperatur.
Beispiel 5 Aufbringurzg der Schutzbehandlung
Auf eine Seite einer flachen, rechteckigen Kupferprobe einer Grösse von 60X50X4 mm wird nach einer Sandstrahlbehandlung und durch die Arbeitsweise des Aufsprühens im geschmolzenen Zustand, welche unter Anwendung des elektrischen Argonplasmaflammenstrahls einer Energie von 14 kW durchgeführt wurde, die Antioxydations-Elektroisoliersperrbehandlung aus zwei Schichten aufgebracht, die entsprechend den nachstehenden Arbeitsmerkmalen erzeugt wurden: - die erste (zusammengesetzte binäre Schicht) einer
Dicke von etwa 0,2 mm wurde unter Anwendung einer Mischung von Pulvern mit einem Gehalt an
80 Gew.-% Cr3C:
: und 20 Gew.-% Al mit einer Korn grösse entsprechend einer Maschenweite von 0,034 bis
0,062 mm erhalten; - die zweite (einfache Schicht) wurde unter Verwen dung von Aluminiumoxyd und Zirkonoxyd in Form von Schichtfilmen mit einer Komponente erhalten, indem eine Dicke von 0,2 mm x-AlO3 mit einer
Korngrösse entsprechend einer Maschenweite von
0,053 bis 0,062 mm abgelagert und auf diese Schicht anschliessend eine Dicke von 0,15 mm ZrO (stabili siert mit etwa 5% CaO) mit einer Korngrösse ent sprechend einer Maschenweite von 0,053 bis 0,062 mm gelagert wurde.
In allen Fällen wurden die Pulver durch eolische Beförderung mit Stickstoff in den Plasmastrahl eingebracht.
Wärmeoxydationstest unter homogenen Erhitzungsbedin- gungen in einem Muffelofen
Nach Aufbringung der Schutzbehandlung wurde die Metallprobe in einen Muffelofen unter einer Luftatmosphäre bei einer Temperatur von 8000C eingebracht und darin 120 Stunden lang belassen. Nach Herausnahme aus dem Muffelofen wurde gefunden, dass der auf die Probe aufgebrachte Überzug sehr gute Eigenschaften der Beständigkeit gegenüber Wärmeoxydation besass, dass er an der Unterlagefläche fest verankert blieb und dass die letztere daher vollkommen geschützt blieb, während die Oberfläche des Unterlagemetalls auf der gegenüberliegenden, nicht geschützten Seite aufgrund der Wärmeoxydation einer starken Korrosion unterworfen gewesen war.
Darüberhinaus zeigt die angewandte Behandlung sehr gute Elektroisolierungseigenschaften bei hoher Temperatur zusammen mit einer hohen Wirksamkeit als Wärmesperre, welche für die doppelte keramische Schicht kennzeichnend sind.
Ergebnis
Positiv mit Eignung der angewandten Behandlung für den Schutz von Kupfer gegenüber der durch Wärmeoxydation verursachten Korrosion und mit Elektroisolierungseigenschaften bei hohen Temperaturen und der Sperrwirkung gegenüber Wärme.