EP0220252A1 - Cr2O3-SCHUTZSCHICHT UND VERFAHREN ZU DEREN HERSTELLUNG. - Google Patents

Cr2O3-SCHUTZSCHICHT UND VERFAHREN ZU DEREN HERSTELLUNG.

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EP0220252A1
EP0220252A1 EP86902821A EP86902821A EP0220252A1 EP 0220252 A1 EP0220252 A1 EP 0220252A1 EP 86902821 A EP86902821 A EP 86902821A EP 86902821 A EP86902821 A EP 86902821A EP 0220252 A1 EP0220252 A1 EP 0220252A1
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EP
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layer
carrier
plasma
density
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Plasmainvent AG
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    • 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
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • C23C4/10—Oxides, borides, carbides, nitrides or silicides; Mixtures thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • 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
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    • C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • C23C4/10—Oxides, borides, carbides, nitrides or silicides; Mixtures thereof
    • C23C4/11—Oxides
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    • 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
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • C23C4/137—Spraying in vacuum or in an inert atmosphere

Definitions

  • the invention relates to a Cr_0_ protective layer applied to a carrier in the plasma spraying process and a method for the production thereof.
  • Protective layers of this type can be applied to very different carrier bodies and are applied for various reasons
  • plasma spraying is very suitable for melting oxidic and therefore mostly high-melting powder particles and depositing them as a spray layer on a workpiece surface.
  • the Cr-C protective layer produced in this way is not sufficiently dense, its adhesion to the workpiece surface and the adhesive bond of the individual wettable powder particles to one another is insufficient.
  • the specific physical properties of Cr_0 3 cause additional changes in the chromium oxide plasma spray layer: Da
  • Chromium oxide is a chemically stable compound only significantly below its melting temperature, it partly breaks down when it melts in the plasma flame, and oxygen is released.
  • Vacuum plasma spraying technology with the transfer of the spraying process to vacuum leads to significant improvements in the coating conditions and layer properties in comparison to plasma spraying in the atmosphere (APS).
  • the jet speed is 2 to 3 times higher in a vacuum.
  • the spray powder particles are correspondingly faster, and denser spray layers with reduced residual porosity are formed.
  • the carrier surface can be freed of gas contamination, water vapor and thin oxide skins before coating. This leads to a significant improvement in the adhesion of the spray layer.
  • Additional heating of the carrier before coating also has an effect in the same direction. This can be carried out without risk of oxidation, since the coating process is practically carried out in the absence of reactive gases. At the same time, during coating. With targeted temperature changes, internal stresses in the spray layer can be reduced or even avoided.
  • Atmosphere of the Ar / H_ plasma flame the risk of oxygen loss is greatly increased, ie an even greater reduction in chromium oxide is to be expected.
  • the object of the invention is to create a Cr 2 O. protective layer of the type described at the outset, which does not have the metallic chromium deposits mentioned, is sprayed as tightly as possible or has a specifically set residual porosity for certain applications, in both Cases, however, because of the extensive chemical purity, has a very high layer hardness.
  • the measured hardness according to the Vickers method should be over 2000 kp / mm 2 (HV), in comparison to the layer hardness of
  • APS protective layers which are usually between 750 and 1200 kp / mm 2 (HV), depending on the amount of the incorporated metallic phases. Furthermore, the Cr_0_ protective layer should also far surpass the APS chromium oxide protective layer in its electrical insulation effect.
  • Dielectric strength measured in volts / layer thickness, can be used as an indirect measure of the quantity of the incorporated metallic phases, and thus also of the corrosion stability.
  • the dielectric strength of an APS-applied Cr_0 3 ⁇ protective layer does not exceed 1 V / ⁇ m layer thickness. At least 5 V / ⁇ m layer thickness is required.
  • the Cr 2 0 3 ⁇ oxide protective layer in a vacuum plasma spraying process with a density corresponding to the density of almost Festissonchrom ⁇ is applied to the carrier, • a residual porosity. well below 2%. has ' and ' Vickers hardness of more than 2000 kp / mm 2 (HV) -.
  • the Cr 2 O protective layer sprayed on with the aid of VPS technology has practically no metallic phases, although the pressure within the plasma flame is greatly reduced compared to atmospheric plasma spraying, but the energy content of the plasma flame is increased , there is no oxygen and is injected with reducing plasma gas.
  • the porosity of the Cr 2 0 3 protective layer is advantageously not more than 2%, the specific density of which is not more than
  • the electrical dielectric strength of the Cr-O ⁇ protective layer is advantageously at least 5 V / ⁇ m layer thickness.
  • the surface of the carrier is expediently lightly sandblasted, sputter-cleaned and degassed by the arc by heating before the Cr 2 0 3 protective layer is applied.
  • a Ti0 2 ⁇ protective layer can also be applied instead of a Cr_0 ⁇ protective layer.
  • a method according to the invention for producing a Cr 2 0 3 ⁇ protective layer is characterized in that the Cr 2 0 3 ⁇ protective layer is applied in a vacuum plasma spraying process at an ambient pressure of approximately 140 mbar and a spraying distance of approximately 240 mm, the plasma flow being approximately 720 A, the flame power is about 57 KW and the spray powder delivery is about 30 g / min, while the throughput of plasma gas is about 30 1 / min Ar and about 10 1 / min H 2 .
  • Protective layer is expediently only lightly sandblasted before it is applied directly.
  • the carrier of the Cr-O-j protective layer is sputter-cleaned immediately prior to its application by the transferred arc and degassed with heating.
  • Fig. 1 shows the layer structure of a Cr ⁇ O ⁇ protective layer sprayed according to the APS method in the cutout and
  • Fig. 2 shows the layer structure of an according to the invention
  • VPS process sprayed Cr 2 0 3 ⁇ protective layer in the cutout
  • a carrier 1 is shown schematically, wel ⁇ cher was roughened in the APS coating method by sandblasting on ⁇ .
  • Protective layer 3 is mechanically zahnt with the support surface 2 ver ⁇ - the surface 2 of the support 1 thus has a certain minimum roughness, whereby the Cr O j.. The measured adhesive forces of the APS-up broke ⁇ th Cr 2 0 protective layer.
  • 3 TERIAL the so .behandelten Crowma ⁇ is about 25 MPa .. '.:
  • Cr 2 0 3 ⁇ protective layers 3 are formed with a porosity of over 10%. This can be seen in the structure of the spray layer from microporosities 4, which are evenly distributed over the Cr 2 0 3 protective layer 3. Also depending on the plasma spraying parameters, there is the number of embedded chrome phases 5, which are depicted as thin threads in the sprayed layer structure. They are responsible for the decrease in layer hardness, which fluctuates between approximately 750 and 1200 kp / mm 2 (HV).
  • the diameter of the impression 6 of the layer hardness measurement (in the example shown a rectangle according to the Vickers method) is a direct measure of the layer hardness.
  • the carrier 1 of The Cr 2 0 3 protective layer is, for example, a film drawing roller made of steel. Its surface 2 was coated directly after very light sandblasting, but sputter cleaning and degassing by heating with the aid of the transferred arc took place immediately before coating. In addition to the mechanical interlocking, the layer adhesion is given by the saturation of free surface energy of the cleaned, oxide-free carrier surface due to the sprayed-on first layer layer.
  • the Cr 2 0 3 protective layer 3 sprayed on according to the invention adheres at approximately 65 MPa to the steel roller surface thus prepared.
  • the Cr produced by this invention Figure 2 shows 0, -.
  • Protective layer 3 virtually no lines of different gray tint which the stored be metallized basic chromium phases 5 and the areas of the S 'Stes auerstoffverlu- in the Cr-0 document 3 protective layer. This is also shown by the impression 6 of the layer hardness measurement, which gives 2150 kp / mm 2 (HV) for this layer structure.
  • the required chemical resistance is also present, which is indicated indirectly by the increased dielectric strength, which is at least 5 V / ⁇ m layer thickness.

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Description

Cr203-Schutzschic t und Verfahren zu deren Herstellung
Die Erfindung bezieht sich auf eine im Plasmaspritzverfah¬ ren auf einen Träger aufgebrachte Cr_0_-Schutzschicht und ein Verfahren zu deren Herstellung. Derartige Schutzschich¬ ten können auf sehr unterschiedliche Trägerkörper aufge- bracht werden und werden aus verschiedenen Gründen auf
Werkstückoberflächen abgeschieden, meist in der Absicht, mit Hilfe der speziellen Materialeigenschäften von Chrom¬ oxid die Lebensdauer des Trägerkörpers in einer bestimmten Applikation zu erhöhen und/oder neue Einsatzgebiete für den Grundwerkstoff zu erschließen.
Aufgrund der hohen Energiedichte in der Plasmaflamme ist das Plasmaspritzen sehr gut geeignet, oxidische und damit meist hochschmelzende Pulverpartikel aufzuschmelzen und als Spritzschicht auf einer Werkstückoberfläche abzuscheiden.
In sehr vielen Anwendungen ist die so erzeugte Cr-C -Schutz- schicht nicht dicht genug, ihre Haftung auf der Werkstück¬ oberfläche und der Haftverbund der einzelnen Spritzpulver¬ partikel untereinander nicht ausreichend. Die spezifischen physikalischen Eigenschaften von Cr_03 bewirken in der Chrom¬ oxid-Plasmaspritzschicht noch zusätzliche Veränderungen: Da
Chromoxid nur deutlich unterhalb seiner Schmelztemperatur eine chemisch stabile Verbindung darstellt, zerfällt es beim Aufschmelzen in der Plasmaflamme zum Teil, und Sauer- Stoff wird freigesetzt.
Obwohl während des Plasmaspritzens ständig Luftsauerstoff in die Plasmaflamme eindiffundieren kann, reicht dessen Kon¬ zentration nicht aus, diesen teilweisen Zerfall von Cr^^ in metallisches Chrom und Sauerstoff zu verhindern. Ver¬ stärkt wird dieser Prozeß meist zusätzlich dadurch, daß zur Erzeugung genügender Plasmaflammenergie und -wärmeinhalt neben Ar noch H2 als Plasmagas Verwendung findet. Dadurch werden die Chromoxidpartikel in reduzierender Atmosphäre aufgeschmolzen, was die Zerfallgeschwindigkeit begünstigt. Als Folge davon finden sich in einer Cr203~Spritzschicht mehr oder weniger stark ausgeprägte Bereiche von metalli¬ schem Chrom, welche die Schichthärte gegenüber den Werten des Festkörpers Chromoxid stark vermindern. Es sei hier aus¬ drücklich erwähnt, daß dieser Schichtaufbau in bestimmten Anwendungen sehr vorteilhaft sein kann. Auf der anderen Sei¬ te ist es aber aufgrund der genannten physikalischen Sachla¬ ge nicht möglich, sehr reine Cr203-Spritzschichten herzustel- len. Da weiter Chromoxid-Schichten vor allem aufgrund der chemischen Beständigkeit des reinen Cr203 als Schutzschicht auf verschleiß- und korrosionsgefährdeten Grundmaterialien eingesetzt werden, besteht die recht störende Gefährdung der Schutzwirkung durch eingelagerte metallische Phasen neben der Verminderung der Schichthärte in der Verringerung der Korrosionsbeständigkeit. Zusätzlich wird die elektrische Durchschlagsfestigkeit der an sich gut isolierenden reinen Cr-CU-Schicht stark durch die metallische Verunreini- gung herabgesetzt.
Zur Spritzschichtdichte ist zu erläutern, daß hier zwei Effekte auftreten:
a) Volumeneffekt: ist eine Spritzschicht porös, so liegt die Dichte der Schicht unterhalb des Festkörperwertes. b) Effekt der chemischen Schichtzusam ensetzung:
Tritt in einer oxidischen Spritzschicht eine Teilreduk¬ tion auf, so ändert sich die Dichte in Richtung des Wer- tes für den metallischen Partner. So erhöht sich z.B. für Cr~03 die Dichte in Richtung des Wertes für Cr = 7,2 g/cm .
Es liegen hier also zwei gegenläufige Effekte vor: Verminderung der Porosität erhöht die Dichte einer Cr203~ Spritzschicht, Verhinderung des Einbaus von metallischen Phasen senkt die Dichte (spezifisches Gewicht) . Die Vakuumplasmaspritztechnik (VPS-Technik) mit Verlagerung des Spritzprozesses ins Vakuum führt zu wesentlichen Verbes¬ serungen der Beschichtungskonditionen und Schichteigen¬ schaften im Vergleich zum Plasmaspritzen in Atmosphäre (APS) . Die Strahlgeschwindigkeit ist im Vakuum 2 bis 3 mal höher. Entsprechend schneller sind auch die Spritzpulver¬ partikel, und es entstehen dichtere Spritzschichten mit re¬ duzierter Restporosität. Weiter kann mit Hilfe des übertra¬ genen Lichtbogens die Trägeroberfläche vor dem Beschichten von Gaskontamination, Wasserdampf und dünnen Oxidhäuten be¬ freit werden. Das führt zu einer deutlichen Haftverbesse¬ rung der Spritzschicht. In gleicher Richtung wirkt sich auch eine zusätzliche Erwärmung des Trägers vor dem Beschichten aus. Diese kann ohne Oxidationsgefahr durchgeführt werden, da ja der Beschichtungsprozeß praktisch in Abwesenheit re¬ aktiver Gase durchgeführt wird. Gleichzeitig können während der Beschichtung. mit gezielten Temperaturänderungen innere Spannungen in der Spritzschicht abgebaut oder gar vermieden werden.
Die aufgeführten Vorteile der VPS-Technik wurden im Falle von Cr-O^-Schutzschichten bisher nicht erkannt und genützt. Das liegt vor allem daran, daß durch die Absenkung des Druk- kes in der Plasmaflamme,'durch die höhere .Fläm energie, durch das Fehlen des Luftsauerstoffes und durch die reduzierende
Atmosphäre der Ar/H_-Plasmaflamme die Gefahr des Sauerstoff¬ verlustes stark erhöht ist, also eine noch stärkere Chrom¬ oxidreduktion zu erwarten ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Cr20.,-Schutz- schicht der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, welche die genannten metallischen Chromeinlagerungen nicht besitzt, möglichst dicht gespritzt ist oder für bestimmte Applikatio¬ nen eine gezielt eingestellte Restporosität aufweist, in beiden Fällen aber aufgrund der weitgehenden chemischen Rein¬ heit eine sehr hohe Schichthärte aufweist. Die gemessene Härte nach der Vickers-Methode soll über 2000 kp/mm2 (HV) liegen, im Vergleich zur Schichthärte von
APS-Schutzschichten, welche meist bei Werten zwischen 750 und 1200 kp/mm 2 (HV) liegen, je nach Menge der eingelager- ten metallischen Phasen. Weiter soll die Cr_0_-Schutzschicht in ihrer elektrischen Isolationswirkung von APS-Chromoxid- schutzschicht ebenfalls weit übertreffen. Die elektrische
Durchschlagsfestigkeit, gemessen in Volt/Schichtdicke, kann dabei als indirektes Maß für die Quantität der eingelagerten metallischen Phasen benützt werden, und damit auch für die Korrosionsstabilität. Eine APS-aufgebrachte Cr_03~Schutz- schicht übersteigt in ihrer Spannungsfestigkeit nicht den Wert 1 V/μm Schichtdicke. Gefordert sind wenigstens 5 V/μm Schichtdicke.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Cr203~Schutzschicht im Vakuumplasmaspritzverfahren mit einer Dichte nahezu entsprechend der Dichte von Festkörperchrom¬ oxid auf dem Träger aufgebracht ist, eine Restporosität • . deutlich unter 2%. aufweist'und eine'Vicker'shärte von mehr als 2000 kp/mm2 (HV)- aufweist.
Entgegen allen Erwartungen weist die mit Hilfe der VPS-Technik auf¬ gespritzte Cr2O-Schutzschicht praktisch keine metallischen Pha- sen auf, obwohl der Druck innerhalb der Plasmaflamme vergli¬ chen mit dem atmosphärischen Plasmaspritzen stark vermindert, der Energieinhalt der Plasmaflamme aber erhöht ist, kein Sauerstoff vorhanden ist und mit reduzierender Plasmagasmi¬ schung gespritzt wird.
Vorteilhaft beträgt die Porosität der Cr203-Schutzschicht nicht mehr als 2%, deren spezifische Dichte nicht mehr als
5,3 g/cm 3 und deren Vickershärte wenigstens 2150 kp/c 2 (HV) .
Die elektrische Spannungsfestigkeit der Cr-O^-Schutzschicht beträgt vorteilhaft wenigstens 5 V/μm Schichtdicke. Zweckmäßig ist die Oberfläche des Trägers vor dem Aufbrin¬ gen der Cr203-Schutzschicht leicht sandgestrahlt, sputter- gereinigt und durch den Lichtbogen durch Aufwärmen entgast.
In-bestimmten Anwendungsfällen kann vor dem Aufbringen der Cr20 -Schutzschicht auch das Aufspritzen einer Unterschicht vorteilhaft sein.
Alternativ kann statt einer Cr_0^-Schutzschicht auch eine Ti02~Schutzschicht aufgebracht sein.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Cr203~ Schutzschicht ist dadurch gekennzeichnet, daß die Cr203~ Schutzschicht im Vakuumplasmaspritzverfahren bei einem Umge- bungsdruck von etwa 140 mbar und einem Spritzabstand von etwa 240 mm aufgebracht wird, wobei der Plasmastrom etwa 720 A, die Flammleistung etwa 57 KW und die Spritzpulver¬ förderung etwa 30 g/min beträgt, während der Durchsatz von Plasmagas etwa 30 1/min Ar und etwa 10 1/min H2 beträgt.
Dabei wird der Träger der Cr20.,-Schutzschicht zweckmäßig vor deren direkten Aufbringen nur leicht sandgestrahlt.
Vorteilhaft wird weiter der Träger der Cr-O-j-Schutzschicht unmittelbar vor deren Aufbringen durch den übertragenen Licht¬ bogen sputtergereinigt und unter Aufwärmen entgast.
Die Erfindung ist im folgenden an einem Ausführungsbeispiel und anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen
Fig. 1 die Schichtstruktur einer nach dem APS-Verfahren gespritzten Cr^O^-Schutzschicht im Ausschnitt und
Fig. 2 die Schichtstruktur einer erfindungsgemäß nach dem
VPS-Verfahren gespritzten Cr203~Schutzschicht im Ausschnitt. In Fig. 1 ist schematisch ein Träger 1 dargestellt, wel¬ cher im APS-Beschichtungsverfahren durch Sandstrahlen auf¬ gerauht wurde. Die Oberfläche 2 des Trägers 1 weist damit eine bestimmte Mindestrauhigkeit auf, wodurch die Cr-jO.,- Schutzschicht 3 mechanisch mit der Trägeroberfläche 2 ver¬ zahnt wird. Die gemessenen Haftkräfte der APS-aufgebrach¬ ten Cr20 -Schutzschicht 3 auf. dem so .behandelten Trägerma¬ terial beträgt etwa 25 MPa..'.:
Je nach Plasmaparaitetereinstellung entstehen Cr203~Schutzschichten 3 mit einer Porosität über 10%. Dies ist in der Struktur der Spritzschicht an Mikroporositäten 4 erkennbar, welche gleichmäßig über die Cr203-Schutzschicht 3 verteilt sind. Ebenfalls in Abhängigkeit der Plasmaspritzparameter-.ergibt sich die Anzahl von eingelagerten Chromphasen 5, welche sich als dünne Fäden in der Spritzschichtstruktur abbilden. Sie sind für die Abnahme der Schichthärte verantwortlich, welche zwischen etwa 750 und 1200 kp/mm 2 (HV) schwankt.
In der Darstellung der Schliffbildpräparation in Fig. 1 sind nicht nur die vollständig zu Chrom reduzierten Bereiche sicht¬ bar. Auch Gebiete, in denen Cr.O.. nur teilweise reduziert wur¬ de, umschrieben durch die Formel Cr O , sind im polierten Schliffbild der Spritzschicht optisch erkennbar, wobei die
Stelle umso dunkler erscheint, je stärker der 0_-Verlust ist. Dies ist durch die Schichthärtemessung erfaßbar. Dabei ist der Durchmesser des Eindruckes 6 der Schichthärtemessung (im gezeigten Beispiel ein Rechteck nach der Vickers-Methode) di- rekt ein Maß für die Schichthärte.
Fig.2 zeigt schematisch die erfindungsgemäß im Vakuum aufge¬ spritzte Cr203-Schutzschicht 3 in ihrer Schichtstruktur, her¬ gestellt mit optimierten Plasmaparametern. Der Träger 1 der Cr203-Schutzschicht ist beispielsweise eine Folienzieh- walze aus Stahl. Seine Oberfläche 2 ist nach sehr leichtem Sandstrahlen direkt beschichtet worden, wobei aber unmittel¬ bar vor dem Beschichten eine Sputterreinigung und eine Ent¬ gasung durch Aufwärmen mit Hilfe des übertragenen Lichtbo¬ gens stattgefunden hat. Die Schichthaftung ist zusätzlich zur mechanischen Verzahnung durch die Absättigung freier Oberflächenenergie der gereinigten, oxidfreien Tr.ägerober- flache durch die aufgespritzte erste Schichtlage gegeben. Die erfindungsgemäß aufgespritzte Cr203-Schutzschicht 3 haf¬ tet mit etwa 65 MPa auf der so präparierten Stahlwalzenober-
3 fläche. Ihre spezfische Dichte übersteigt mit 5,3 g/cm nur wenig den theoretischen Wert von reinem Cr,,03. Diest ist auch an dem fast vollständigen Fehlen von Mikroporositäten 4 zu erkennen.
Als ein wesentlicher Unterschied zeigt die erfindungsgemäß hergestellte Cr20.,-Schutzschicht 3 praktisch keine Linien verschiedener Grautönung, welche die eingelagerten metalli¬ schen Chromphasen 5 und die Bereiche des S'auerstoffverlu- stes in der Cr-03-Schutzschicht dokumentieren. Dies zeigt auch der Eindruck 6 der Schichthärtemessung, welche bei die- ser Schichtstruktur 2150 kp/mm 2 (HV) ergibt. Auch die gefor¬ derte chemische Beständigkeit ist vorhanden, was sich indi¬ rekt an der gesteigerten Durchschlagsfestigkeit zeigt, wel- ehe wenigstens 5 V/μm Schichtdicke beträgt.
Für einen handelsüblichen Vakuumplasmabrenner werden mit den in der nachfolgenden Tabelle angegebenen wichtigsten Plasma¬ spritzparametern die erfindungsgemäßen Schichteigenschaften der Cr203-Schutzschicht 3 erreicht, wobei zum Vergleich die Werte für APS-Schichten mit aufgeführt sind: VPS APS
Umgebungsdruck mbar 140 1000
Spritzabstand mm 240 110
Plasmastrom A 720 700
Flammleistung kW 57. 50
Plasmagas 1 (Ar) 1/min 30 60
Plasmagas 2 (H2) 1/min 10 12
Spritzpulverförderung g/min 30 40
Eine physikalische Erklärung zu den sich .überraschend erge¬ benden Eigenschaften der.vakuumgespritzten Cr203~Schutz- schicht 3 liegt vermutlich in der 2- bis 3-fach höheren Pro¬ zeßgeschwindigkeit des Vakuumplasmaspritzens, wodurch sich die Verweilzeit der Cr203~Partikel oberhalb der für die Frei¬ setzung von 02 notwendigen kritischen Prozeßtemperatur stark verkürzt. Ähnliche Verbesserungen der Schichteigenschaften an im VPS-Verfahren aufgespritzten Schichten anderer zerfalls¬ gefährdeter Materialien sind nachweisbar. Damit läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung harter, praktisch chemisch reiner Cr203-Spritzschichten ohne Be¬ schränkung auf alle zerfallsgefährdeten Materialien über¬ tragen, um sie mit möglichst geringen chemischen Änderungen in eine Spritzschicht zu überführen. Dies ist z.B. bei Ti02, allerdings bei weitem nicht so frappant, der Fall.

Claims

Patentansprüche:
1. Im Plasmaspritzverfahren auf einen Träger (1) aufge- . brachte Cr203~Schutzschicht (3) , dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Cr20.,- Schutzschicht (3) im Vakuumplasmaspritzverfahren mit einer Dichte nahezu entsprechend der Dichte von Fest¬ körperchromoxid auf den Träger (1) aufgebracht ist, eine Restporosität unter 2% aufweist und eine Vickers-
2 härte von mehr als 2000 kp/mm (HV) aufweist.
2. Schutzschicht nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Porosi¬ tät der Cr203-Schutzschicht (3) nicht mehr als 2%, deren spezifische Dichte nicht mehr als 5,
3 g/cm und deren
2
Vickershärte wenigstens 2150 kp/mm (HV) beträgt.
Schutzschicht nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die elek¬ trische Spannungsfestigkeit der Cr 0.,-Schutzschicht (3) wenigstens 5 V/1m Schichtdicke beträgt.
4. Schutzschicht nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Ober¬ fläche (2). des Trägers (1) vor dem Aufbringen der .
• Cr203-Schutzschicht (3) leicht sandgestrahlt, sputter- gereinigt und durch den Lichtbogen durch Aufwärmen ent¬ gast ist.
5. Abwandlung der Schutzschicht nach einem der vorhergehen¬ den Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß statt einer Cr203-Schutzschicht (3) eine Ti02~Schutzschicht aufge¬ bracht ist.
Verfahren zur Herstellung einer Cr203-Schutzschicht nach einem der Ansprüche 1 bis , dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Cr203-Schutzschicht im Vakuumplasmaspritzverfahren bei einem Umgebungsdruck von etwa 140 mbar und einem Spritz¬ abstand von etwa 240 mm aufgebracht wird, wobei der Plasmastrom etwa 720 A, die Flammleistüng etwa 57 KW und die Spritzpulverförderung etwa 30 g/min beträgt, während der Durchsatz von Plasmagas etwa 30 1/min Ar und etwa 10 1/min H2 beträgt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß .der Träger der Cr203-Schutzschicht vor deren direkten Aufbringen nur leicht sandgestrahlt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7 , dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Träger der Cr203~Schutzschicht unmittelbar vor deren Aufbrin- gen durch den übertragenen Lichtbogen sputtergereinigt und unter Aufwärmen entgast wird.
EP86902821A 1985-04-17 1986-04-17 Cr2O3-SCHUTZSCHICHT UND VERFAHREN ZU DEREN HERSTELLUNG Expired EP0220252B1 (de)

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DE19853513892 DE3513892A1 (de) 1985-04-17 1985-04-17 Cr(pfeil abwaerts)2(pfeil abwaerts)o(pfeil abwaerts)3(pfeil abwaerts)-schutzschicht und verfahren zu deren herstellung
DE3513892 1985-04-17

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EP0220252A1 true EP0220252A1 (de) 1987-05-06
EP0220252B1 EP0220252B1 (de) 1989-11-08

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US (1) US4898785A (de)
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