DD287877A5 - Verfahren zum beschichten von verschleiss- und hitzebeanspruchten metalloberflaechen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung beinhaltet ein Verfahren zur Beschichtung von verschleisz- und hitzebeanspruchten Metalloberflaechen. Das Verfahren dient dem Aufbringen von Fuellschichten auf eine oder mehrere Spritzschichten auf metallischen Oberflaechen zur Verbesserung der Schichteigenschaften. Gemaesz der Erfindung wird auf schon vorhandene Spritzschichten eine als Fuellschicht dienende Schicht aus Aluminiumoxid und/oder Aluminiumtitanat aufgebracht, der Gesteinsmehl, insbesondere Basalt- oder Diabasmehl mit bestimmten Gehalten aus SiO2/Fe2O3 und MgO zur Erzielung einer optimalen Porendichte zugesetzt wird. Die Anwendung dieser neuen Verfahrensloesung fuehrt zur Erhoehung des Gebrauchswertes und der Temperaturwechselbestaendigkeit der Schicht. Die so erzeugten Fuellschichten werden mit Mitteln zur Erzielung von Antihafteigenschaften, Verbesserung der tribologischen Eigenschaften und des Korrosionsschutzes versiegelt.{Beschichtung metallischer Oberflaechen; Erzielung spezieller Fuellschichten; Plasmaspritzverfahren; Haushaltgeschirr aus Aluminium}

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen spezieller thermischer Spritzschichton aus nichtmetallischen Werkstoffen

auf metallische dem Verschleiß durch Reibung, Hitze und/oder Korrosion unterliegenden Substraten.

Es ist vorzugsweise dort anzuwenden, wo thermisch erzeugte Spritzschichten als Füllschicht für spezielle Funktionsmaterialien

z. B. auf der Basis von PTFE u id/oder organischen Silikonverbindungen verwendet werden.

Ein besonderes Anwendungsgebiet ist die Beschichtung von Haus- und Küchengeräten, die abschließend mit einer Antihaftschicht aus PTFE-haltigen Produkten versiegelt werden. Charakteristik des bekannten Standes der Technik Es sind bereits viele Verfahren und daraus abgeleitete Varianten zum Aufbringen von Tragschichten als Vorbehandlung für die Realisierung von Funktionsschichten auf der Basis von PTFE und/oder organischer Siliziumverbindungen bekannt. Speziell für Haushalt- und Küchengeräte werden auf den Innenflächen von z. B. Pfannen und Töpfen u. dgl. mittels thermischer Spritzverfahren Hartstoffschichten als Tragschichten aufgebracht. Anschließend erfolgt eine Antihaftbeschichtung mit PTFE-haltigen Produkten.

(Viehweg, Reihe,Scheuerlein, Kunststoffhandbuch Bd.XI; München 1971, insbesondere S.363; DE PS 3604762).

Um eine gleichmäßige und dauerhafte Ausbildung der PTFE-haltigen Antihaftbeschichtung zu erreichen, wird die bei der Anwendung des jeweiligen Spritzverfahrens sporadisch entstehende technologisch bedingte Porosität der Hartstoffschicht

genutzt, die jedoch auf Grund des relativ geringen Porendurchmessers und der Verteilung in der Schichtstruktur eine dünnflüssige Versiegelungslösung mit einer Teilchengröße von = 5μΓη bedingt.

Ein definiertes relativ großes Porenvolumen ist mit den z. Zt. eingesetzten Spritzpulvern auf der Basis von AI₂O₃ und/oder AI₂TiO₆

technologisch -'cht beherrschbar bzw. resultieren Spritzschichten mit geringer Temperaturwechse!'oeständigkeit.

Z¹IeI der Erfindung

Die Erfindung hat das Ziel, ein Verfahren zu schaffen, mit dem unter Vermeidung der den bekannten Lösungen anhaftenden Nachtelle eine Optimierung der als Füllschicht für Versiegelungslösungen bzw. Dispersionen zur gezielten Beeinflussung der Antihafteigenschaften bzw. zur Verminderung der Gleitreibung dienenden Spritzschichten erreicht wird und damit zur Erhöhung der Wirksamkeit des Schichtsystems und Qualitätsverbesserung des Erzeugnisses beiträgt.

Darlegung des Wesens der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur gezielten Beeinflussung der Porosität plasma- bzw. sonstiger

thermisch oder mit Hilfe anderer energieintensiver Verfahren gespritzter nichtmetallischer Schichten auf metallischen

Substraten, vorzugsweise für Aluminium und seine Legierungen zu entwickeln. Derartige spezielle Spritzschichten, sogenannte Füllschichten, dienen der Aufnahme von Versiegelungslösungen bzw. Versiegelungsdispersionen z. B. auf der Basis von PTFE und/oder organischen Siliziumverbindungen. Schichten mit beeinflußter Porosität werden 'iuf Haftgrundschichten oder Spritzschichten herkömmlicher Art aufgetragen. Die vorliegende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf dem werkstofftechnisch wichtigen Weg der Gefügemodifizierung die Größe und Verteilung der Gasphase in der Spritzschicht (Poren und Blasen) durch eine Einbringung

von Fremdstoffen zu einem Spritzpulver aus AI₂Oa gezielt beeinflußt wird.

Zur Veränderung der Porendichte und Erzielung von offenen, füllbaren Poren wird Basalt- oder Diabasmehl mit entsprechender Körnung zwischen 20-40μιτ> dem AI₂O₃-Spritzpulver zugesetzt. Durch die Wirkung der netzwerkbildenden sauren Oxide (z. B. SiO₂, TiO₂ u.a.) wird die „lagenartige" Struktur der Spritzschicht

verändert.

Zur Erzielung einer Porendichte von 15-20% bei gleichzeitig feinerem Gefüge der Füllschicht kann z. B. ein Basaltmehl oder Diabasmehl mit einem SiO₂/Fe₂Oj-Ve hältnis von 1:3,2 bis 1:3,9 und einen MgO-Gehalt zwischen 5-20% verwendet werden. Die Menge des Zusatzstoffes beträgt zwischen 7-22%. Spritzschichten mit solchen Eigenschaften haben in Verbindung mit Spritzschichten herkömmlichen Aufbaus eine erhöhte Temperaturwechselbeständigkeit. Bei der Anwendung von Spritzschichten auf AI₂O₃-Basis für die Qualitätsverbesserung von Geräten zur Speisenbereitung

können diese beschriebenen Füllschichten mit PTFE-haltigen Antihaftmitteln versiegelt werden.

Die definierte Porendichte ergibt im Zusammenhang mit der PTFE-Versiegelung optimale Brateigenschaften der so

beschichteten Brat· und Kochgeräte.

Die Verriegelung solcher Füllschichten kann auch mit Mitteln zur Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit oder Medien zur Verringerung der Gleitreibung erfolgen. Zur Erzielung maximaler mechanischer und thermischer Eigenschaften soll der Schichtdickenanteil mit erhöhtem Porenvolumen (Füllschicht) maximal 50% der Gesamtschichtdicke betragen. Ausführungsbeispiel Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel, dem Beschichten von Haushaltgeschirr, wie Bratgeräten, näher

beschrieben werden.

Vorgefertigte Bratgeräte aus dem Werkstoff Al 99,5, die nach folgender Technologie bearbeitet wurden

- Waschen

- Aufbringen einer Haftgrundschicht dur'.h Plasmaspritzen aus Al/Ni 69/31 mit einer Schichtdicke von 10pm

- Aufbringen einer Trägerschicht durch Plasmaspritzen aus AIjO₃ mit einer Schichtdicke von 25μηη

werden durch Plasmaspritzen mit einer Füllschicht aus AI₂O₃ + 15% Diabasmehl in einer Schichtdicke von 15 μσι versehen.

Die erzeugte Porendichte beträgt dabei ca. 20%. Die Füllschicht wird abschließend mit PTFE-Emulsion antihaftversiegelt. Gegenüber dem bisherigen Temperaturintervall zur Prüfung der Temperaturwechselbeständigkeit von 130-180⁰C wird eine

maximale Abschrecktemperatur von 270°C ohne jede Schädigung der Beschichtung erzielt. Die Anzahl der Gebrauchstests, speziell Milchkochtest und Zuckertest, wurde um 70% erhöht, ohne daß eine Qualitätsminderung der Schicht eintritt.

Claims (3)

1. Verfahren zum Beschichten von verschleiß- und hitzebeanspruchten Metalloberflächen, wobei vor dem Aufbringen einer Funktionsschicht zunächst eine oder mehrere Schichten mittels thermischer Spritzverfahren aufgetragen werden, dadurch gekennzeichnet, daß dem Spritzpulver für die der Aufnahme der Funktionsmaterialien dienenden obersten Füllschicht Gesteinsmehle mit einem SiO2/Fe₂O₃-Verhältnis von 1:3,2 bis 1:3,9 und einem MgO-Gehalt zwischen 5 und 20% beigemengt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllschicht aus Aluminiumoxid oder Aluminiumtitanat gebildet wird und als Zusatzstoffe Diabas- oder/und Basaltmehle mit einer Körnung zwischen 20 und 40μΐη dem Spritzpulver beigemengt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllschicht für die Funktionsmaterialien 25 bis 50% der Gesamtbeschichtungsdicke beträgt.