WO2012156152A1 - Korrosionsbeständige walzenbeschichtung - Google Patents

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WO2012156152A1
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Alexander Etschmaier
Jürgen ANGERLER
Hasso Jungklaus
Goar Hesselmann
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Voith Patent GmbH
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Definitions

  • the present invention relates to corrosion resistant coatings of rolls for use in paper machines.
  • thermal hard metal spray coatings takes place in several strokes, ie in several sub-layers to ensure the physical homogeneity of the coating.
  • Thermally sprayed hard metal coatings are characterized by good corrosion protection and high abrasion resistance.
  • the liability incurred during a Textilpro ⁇ production impurities in hard metal tallober lake comparatively small, so that they are relatively easy to clean by doctoring.
  • the production of thermal hard metal spray coatings is very expensive compared to the chrome plating.
  • An appropriate corrosion protection can be achieved with a procedural ren that includes steps for providing Stel ⁇ len a device for the thermal spray coating, for providing a stainless steel material for coating at least a portion of the surface of the roll component by applying the stainless steel material by using the apparatus for thermal Spray coating, and for sealing the applied coating with a polymeric material.
  • a cost-effective and environmentally compatible manufactured corrosion-rosionsgelongte roll component for a roll for Ver ⁇ application in a papermaking machine comprises a metallic base body, at least a portion of the surface of the metallic base body covering, thermal spray coating of a stainless steel material and to the surface of Thermal thermal spray coating applied on polymeric seal ⁇ layer on.
  • thermal spray processes do not lead to any significant metallurgical change of the spray material, so that the metal
  • the composition of thermal spray coatings produced by these processes corresponds to the starting material used for the coating.
  • ⁇ part by way of the stainless steel material used as a starting material for coating in the form of fine powder is provided ⁇ whose particles deform plastically on impact with the surface to be coated, resulting in very dense layers of low porosity can be produced in a simple manner.
  • the be ⁇ riding asked apparatus for the thermal spray coating for carrying out electric arc spraying is formed, wherein the coating starting material melted in an electric arc and is transferred by means of a carrier gas on the to be ⁇ layer workpiece.
  • Arc spraying is particularly suitable for applying very well adhering layers with thicknesses of more than 200 ⁇ to a few millimeters on large surfaces.
  • the stainless steel material for ease of feed is preferably supplied in wire form.
  • a stainless steel material is ver ⁇ used , which is formed of a chromium-nickel steel having a composition according to one of the material numbers 1.4401, 1.4404, 1.4406, 1.4435, 1.44036 or 1.4440.
  • Stainless steels of these material numbers also comply with the standards 316 L and 316 of the American Iron and Steel Institute (AISI).
  • AISI American Iron and Steel Institute
  • the further material being a carbide, boride or nitride or a mixture thereof or a mixture may be with ei ⁇ nem metal of the 4th, 5th or 6th subgroup.
  • the coating can be applied by the same coating methods as the stainless steel layer, wherein the thickness can be a further 1 to 3 strokes. As a result, a coating which, although not closed, but serving at least one compacting purpose, is formed on the stainless steel, which ensures increased corrosion resistance.
  • the polymeric material for sealing the spray coating comprises an epoxy resin, which wets a stainless steel surface in the non-crosslinked as well as in the partially crosslinked state well and thus guarantees a solid cohesive connection. Furthermore, the good wettability also tends to cause the resin to penetrate and fully fill the recesses of the surface so that voids do not form at the interface of the sprayed coating with the polymeric sealing layer.
  • guide the polymeric material to seal the spray coating comprises a silicone polyester resin, which combines a good wetting of stainless steel injection layers with a non-stick and soil-repellent effect.
  • fillers can be embedded in the polymeric material of the sealing ⁇ layer to an improve- tion of the non-stick and dirt-repellent properties to achieve its surface.
  • ⁇ forms thereof are preferably Mate ⁇ rials used for the fillers include polyfluoroethylene, and especially polytetrafluoroethylene.
  • the fillers in the form of particles and in particular in the form of particles with average diameters in the range of 0.1 to 5 ⁇ embedded in the polymeric base material of the seal.
  • the polymer may be formed, or from a polymer comprising such a substance directly from polyfluoroethylene and particularly Polytet ⁇ rafluorethylen.
  • polytetrafluoroethylene particles having sizes in the range of about 50 to 100 nm are preferably slurried and the dispersion thus obtained is applied to the sprayed coating, for example by means of an immersion bath, by spraying or by brush application or another brush.
  • a Po ⁇ lymer is preferably used which is in the form of particles having a size distribution in which at least 65 percent of the particles have one or more values from the range of 50 to 100 nm.
  • FIG. 2A shows the essential steps for producing a sealed spray coating as corrosion protection for a roll component
  • FIG. 2B shows the essential steps for the production of a sealed sprayed layer according to the embodiment of FIG. 1B.
  • the highly schematic cross-sectional view of Fi gur 1A shows a detail of a provided with a korrosionsge ⁇ protected surface roll component 10.
  • the disclosed embodiment of a roll component shown has a roller core 1, on the surface thereof a force applied by a spray coating 4 and a subsequent Versie- 3 formed corrosion protection layer 5 is arranged.
  • the corrosion protection layer 5 preferably covers all le surface areas of the roll component 10, which are exposed to the corrosive media occurring during normal use of the roller.
  • the spray coating 4 is constructed in the illustrated embodiment of individual stainless steel particles 2, the form-fitting anei ⁇ adjacent to form a closed and thus dense layer.
  • a correspondingly corrosion-resistant roller is suitable for.
  • B. for use as a guide roll for screens or felts in papermaking machines.
  • the stainless steel material of the spray coating 4 is preferably a stainless chromium-nickel steel having a composition according to one of the material numbers 1.4401 (short name: X5CrNiMol7-12-2), 1.4404 (short name: X2CrNiMol7-12-2), 1.4406 (short name: X2CrNiMoN17-ll -2), 1.4435 (short name: X2CrNiMol8-14-3), 1.4436 (short name: X3CrNiMol7-13-3) or 1.4440 (short name: X2CrNiMol9-12), which are distinguished by their high resistance to corrosion and acids.
  • the steel types mentioned also meet the standards 316 and 316 L of the American Iron and Steel Institute (AISI).
  • Thermal spray coating is to be understood as a surface coating process in which the coating material is abraded, remelted or melted and, as a spray particle, is accelerated via a gas stream in the direction of the surface to be coated.
  • the surface of the workpiece to be coated is only slightly thermally loaded.
  • the spray particles are usually flattened and connect by mechanical clamping. As a result, crack-free coatings with a homogeneous microstructure, low porosity and good bonding to the workpiece can be achieved.
  • the wire-shaped spray or coating material melts with an electric arc, while high-speed flame spraying melts the sprayed material particles in the high-velocity fuel-oxygen flame and laser spraying with the laser beam.
  • high-speed flame spraying melts the sprayed material particles in the high-velocity fuel-oxygen flame and laser spraying with the laser beam.
  • other than the exemplified thermal spray coating can be used.
  • step S2 of the illustrated in Figure 2A the method for applying a corrosion protective coating on a roller component of the spray material is provided in form of a precious ⁇ steel material, preferably Vietnameseros- tend stainless steels are used, such as chromium-nickel steels of the AISI standard 316 L or 316, which are also designated with the material numbers 1.4401, 1.4404, 1.4406, 1.4435, 1.44036 or 1.4440.
  • the form in which the spray material is provided depends on the device used for coating. In arc spraying the coating material is provided at ⁇ play, in the form of wire, the high velocity flame spraying in powder form.
  • the order of magnitude of the mean particle sizes of such powders is selected as a function of the desired coating thickness and can, for example, be about 50 ⁇ m for coating thicknesses of approximately 100 to a few 100 ⁇ m, since the particles are flattened when they strike the workpiece surface.
  • a surface or part of a surface of the workpiece 10 is coated with the spray material using the apparatus in step S3.
  • the application of the spray material is preferably carried out in several strokes.
  • the number of strokes was governed by the process parameters set on the coating apparatus, possibly the size of the powder particles, the distance between the workpiece and the part of the apparatus emitting the spray material and the desired coating thickness.
  • the porosity of the spray coating may also be influenced by the process parameters of the coating process, whereby in particular ⁇ sondere can be achieved with the high-speed flame spraying porosities of less than 0.5%.
  • porosity here is the area fraction to be understood, which is taken in a penetrating the investigated material transverse grinding of the cavities contained therein.
  • step S3 The stainless steel sprayed coating applied in step S3 is finally sealed in step S4 by applying a polymeric material, after which the anticorrosive coating process is completed in step S5, apart from possible surface finishing.
  • Thermal spray coating processes are characterized by the possibility of coating layers with very low porosity, that is, with a few in the coating material to manufacture out ⁇ formed cavities.
  • the individual cavities are not usually associated with each other so that the pores do not create passages from the surface of Be ⁇ coating to the surface of the base material, could be done about the penetration electrolytically acting substances. Made accordingly coatings are therefore dense for the process water and vapors associated with papermaking.
  • thermosets and thermoplastics which can be prepared on the basis of one-component and two-component systems are suitable as the polymeric material for forming the seal.
  • Particularly suitable are Duro ⁇ plaste whose decomposition temperature is so far above the operating temperature of the roll component 10, that the thermoset behaves elastically.
  • thermoplastics are those whose glass transition temperature is so far above the temperature of use of the roller component 10 that when used with the polymer of the sealed injection layer 4 no disturbing softening of the poly ⁇ mers can occur.
  • U.N- ter operating temperature is the operating temperature of the roller component 10 during the intended use of the blade to understand.
  • epoxy resins and Epo ⁇ xidharze with embedded filler particles are, for example, a polyfluoroethylene (PFE), in particular of polytetrafluoroethylene (PTFE).
  • PFE polyfluoroethylene
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • the viscosity of the Epoxidhar ⁇ zes can be reduced by adding solvents, such as alcohols or ketones, to the networking loading conform to the surface contour of the coating. 4
  • the sealing process can by means of an immersion bath, by spraying, or by means of Streichwerkzeu ⁇ gene such. As brushing or filling done.
  • a spraying material formed by a steel according to AISI standard 316 L is applied in four strokes on the surface of a steel roll core to Ausbil ⁇ tion of about 90 ⁇ thick spray coating using a high speed flame spray device "Diamond Jet Hybrid ® " (DJ2600).
  • the resulting thermal spray coating is then sealed with a colorless two-component epoxy resin-based system.
  • Figure 1B in the same view as in Figure 1A, a second embodiment of the invention is shown. Compared with the embodiment variant shown in FIG. 1A, here an additional second coating 6 is provided, which is arranged on the spray coating 4 and provides the function of compacting the stainless steel particles 2. This embodiment is particularly suitable for use in highly loaded positions appropriate.
  • step S6 a further 1 to 3 strokes of cemented carbide are applied.
  • the same methods as for the application of the spray coating 4 offer, which is why it is possible to dispense with a repetitive Be ⁇ description at this point.
  • the preferred embodiment is tungsten carbide.
  • this carbide layer is not a dense, CLOSED ⁇ sene layer, but compressed by the high density of the tungsten, for example, the underlying layer such that it can be assumed that an increased corrosion resistance.
  • the invention described enables effective, long-lasting and cost-effective corrosion protection of roll components, rolls and in particular guide rolls for use in paper machines.

Landscapes

  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)
  • Rolls And Other Rotary Bodies (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen einer Korrosionsschutzbeschichtung auf eine Walzenkomponente, mit Schritten zum Bereitstellen einer Vorrichtung zum thermischen Spritzbeschichten, zum Bereitstellen eines Edelstahlmaterials, zum Beschichten von zumindest einem Teil der Oberfläche der Walzenkomponente durch Aufbringen des Edelstahlmaterials unter Verwendung der Vorrichtung zum thermischen Spritzbeschichten, und zum Versiegeln der aufgebrachten Beschichtung mit einem polymeren Werkstoff. Die Erfindung betrifft ferner Walzen und Walzenkomponenten mit einer thermischen Edelstahlspritzbeschichtung, die mit einem polymeren Werkstoff versiegelt ist.

Description

KORROS IONSBE S TAND I GE WALZENBE SCHI CH TUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft korrosionsbeständige Be- schichtungen von Walzen zur Verwendung in Papiermaschinen.
Bei der Herstellung von Papier, worunter in dieser Schrift alle zellulosehaltigen Faserstoffbahnen verstanden werden, also beispielsweise auch Kartone, Vliesstoffe und derglei¬ chen, sind die Walzen der Papiermaschine Prozesswasser und Dampf mit elektrolytischer Leitfähigkeit ausgesetzt. Um diese aggressiven Medien nicht an die aus unedlen Metallen gefertigten Walzenkerne gelangen zu lassen, werden die Walzen bzw. Walzenkerne mit einem korrosionsbeständigen Material beschichtet.
Als Korrosionsschutzbeschichtung von Walzen bzw. Walzenker- nen werden gegenwärtig galvanische Hartchromschichten und mit thermischen Spritzverfahren aufgetragene Hartmetall¬ schichten verwendet. Die galvanische Verchromung bietet ei¬ nen kostengünstig herstellbaren und effektiven Korrosions¬ schutz, ist wegen der Toxizität der verwendeten galvani- sehen Bäder jedoch als umweltbelastendes Verfahren einzustufen. Außerdem ist eine mechanische Reinigung galvanischer Hartchromschichten aufgrund des spröden Verhaltens von Chrom nur schwer möglich. Als Hartmetallbeschichtungen wird üblicherweise ein Verbundwerkstoff von in einer Co- balt-Nickel-Matrix eingebetteten Wolframcarbid-Hartstoffen verwendet, der mit einem thermischen Spritzverfahren, wie z. B. HVOF (High-Velocity-Oxygen-Fuel , Hochgeschwindig- keitsflammspritzen) , auf die Oberfläche aufgetragen wird. Der Auftrag thermischer Hartmetallspritzschichten erfolgt in mehreren Hüben, d. h. in mehreren Teilschichten, um die physikalische Homogenität der Beschichtung sicherzustellen. Thermisch aufgespritzte Hartmetallbeschichtungen zeichnen sich durch gute Korrosionsschutzwirkung und hohe Abriebbeständigkeit aus. Die Haftung von während einer Papierpro¬ duktion anfallenden Verunreinigungen ist auf Hartme- talloberflächen vergleichsweise gering, so dass diese verhältnismäßig leicht durch Beschaberung zu reinigen sind. Allerdings ist die Herstellung von thermischen Hartmetallspritzschichten im Vergleich zur Verchromung sehr kostenintensiv .
An minderkritischen Positionen einer Papiermaschine wie z. B. Leitwalzen für Siebe oder Filze, bei denen die Korro- sionsschutzbeschichtung nicht mit der Papieroberfläche in Kontakt kommt, wird daher gegenwärtig die kostengünstigere aber mit einer höheren Umweltbelastung verbundene galvanische Hartverchromung bevorzugt. Allerdings können diese Hartchrombeschichtungen nicht beschabt werden.
Es ist daher wünschenswert einen kostengünstigen und gegen- über einer galvanischen Hartverchromung weniger umweltbe- lastenderen und dennoch effektiven Korrosionsschutz für Walzenkomponenten anzugeben.
Ein entsprechender Korrosionsschutz kann mit einem Verfah- ren erzielt werden, dass Schritte aufweist zum Bereitstel¬ len einer Vorrichtung zum thermischen Spritzbeschichten, zum Bereitstellen eines Edelstahlmaterials, zum Beschichten von zumindest einem Teil der Oberfläche der Walzenkomponente durch Aufbringen des Edelstahlmaterials unter Verwendung der Vorrichtung zum thermischen Spritzbeschichten, und zum Versiegeln der aufgebrachten Beschichtung mit einem polyme- ren Werkstoff.
In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass die in dieser Beschreibung und den Ansprüchen zur Aufzählung von Merkmalen verwendeten Begriffe "umfassen", "aufweisen", "beinhalten", "enthalten" und "mit", sowie deren grammatikalische Abwandlungen, generell als nichtabschließende Auf¬ zählung von Merkmalen, wie z. B. Komponenten, Verfahrensschritten, Einrichtungen, Bereichen, Größen und dergleichen aufzufassen sind, und in keiner Weise das Vorhandensein anderer oder zusätzlicher Merkmale oder Gruppierungen von anderen oder zusätzlichen Merkmalen ausschließen.
Eine kostengünstig und umweltverträglich hergestellte kor- rosionsgeschützte Walzenkomponente für eine Walze zur Ver¬ wendung in einer Maschine zur Papierherstellung, weist einen metallischen Grundkörper, eine, wenigstens einen Teil der Oberfläche des metallischen Grundkörpers bedeckende, thermische Spritzbeschichtung aus einem Edelstahlmaterial und eine auf die Oberfläche der thermischen Edelstahlspritzbeschichtung aufgebrachte polymere Versiegelungs¬ schicht auf.
Da Edelstahlmaterialien für thermische Spritzbeschichtungen wesentlich preiswerter als spritzbeschichtbare Cermetmate- rialien wie z. B. Hartmetalle sind, sind damit hergestellte Korrosionsschutzbeschichtungen auch kostengünstiger. Die Versiegelung der Edelstahlspritzbeschichtung mit einem Polymer verhindert ein Angreifen von Elektrolyten an Stör- stellen des Beschichtungsmaterials und beugt so einer Kor¬ rosion der Spritzbeschichtung und einem Vordringen der Korrosion verursachenden Elektrolyte zum Grundmaterial wirksam vor . Bei Aus führungs formen des Verfahrens zum Aufbringen einer Korrosionsschutzbeschichtung auf eine Walzenkomponente ist die bereitgestellte Vorrichtung zum thermischen Spritzbe¬ schichten zur Durchführung von Hochgeschwindigkeitsflammspritzen oder Laserspritzen ausgebildet. Diese thermischen Spritzverfahren führen zu keiner signifikanten metallurgischen Veränderung des Spritzwerkstoffs, so dass die metal- lurgische Zusammensetzung von mit diesen Verfahren hergestellten thermischen Spritzbeschichtungen der des zur Be- schichtung verwendeten Ausgangsmaterials entspricht. Vor¬ teilhaft wird das als Ausgangsmaterial zur Beschichtung verwendete Edelstahlmaterial in Form von Feinpulver bereit¬ gestellt, dessen Partikel sich beim Auftreffen auf die zu beschichtende Oberfläche plastisch verformen, wodurch auf einfache Weise sehr dichte Schichten geringer Porosität hergestellt werden können.
Bei anderen Aus führungs formen des Verfahrens ist die be¬ reitgestellte Vorrichtung zum thermischen Spritzbeschichten zur Durchführung von Lichtbogenspritzen ausgebildet, bei dem das Beschichtungsausgangsmaterial in einem Lichtbogen abgeschmolzen und mithilfe eines Trägergases auf das zu be¬ schichtende Werkstück überführt wird. Lichtbogenspritzen eignet sich insbesondere zum Auftragen von sehr gut haftenden Schichten mit Dicken von mehr als 200μπι bis einigen Millimetern auf großen Oberflächen. Bei Verwendung thermi- scher Beschichtungsverfahren bei denen das Beschichtungsausgangsmaterial zum Auftrag durch Zufuhr elektrischer Energie aufgeschmolzen wird, wie beispielsweise beim Licht¬ bogenspritzen, wird das Edelstahlmaterial zur Vereinfachung der Zuführung vorzugsweise in Drahtform bereitgestellt.
Zum Erzielen einer hoch Korrosionsbeständigen thermischen Spritzschicht wird vorzugsweise ein Edelstahlmaterial ver¬ wendet, das von einem Chrom-Nickel-Stahl mit einer Zusammensetzung gemäß einer der Werkstoffnummern 1.4401, 1.4404, 1.4406, 1.4435, 1.44036 oder 1.4440 gebildet ist. Edelstahle dieser Werkstoffnummern erfüllen auch die Norm 316 L bzw. 316 des American Iron and Steel Institutes (AISI) .
Sehr dichte, gering poröse Beschichtungen werden vorteilhaft durch Aufbringen des Edelstahlmaterials auf eine Ober¬ fläche der Walzenkomponente in mehreren Hüben, d. h. mit- tels mehrerer, sukzessive aufeinander abgeschiedene schichten erzielt. Dichte thermische Beschichtungen
cken von etwa 50 bis 200 μπι lassen sich bereits mit
Hüben erzielen.
Für die Anwendung in hochbelasteten Positionen kann es vorteilhaft sein, eine weitere Beschichtung aus einem weiteren Material aufzubringen, welche wenigstens einen Teil der Oberfläche der thermischen Spritzbeschichtung aus Edelstahl bedeckt, wobei das weitere Material ein Carbid, Borid oder Nitrid oder eine Mischung daraus oder eine Mischung mit ei¬ nem Metall der 4., 5. oder 6. Nebengruppe sein kann. Die Beschichtung kann mit den gleichen Beschichtungsverfahren wie die Edelstahlschicht aufgebracht sein, wobei die Dicke weitere 1 bis 3 Hübe betragen kann. Hierdurch wird eine zwar nicht geschlossene, aber zumindest einem verdichtenden Zweck dienende Beschichtung auf dem Edelstahl gebildet, welche für eine erhöhte Korrosionsbeständigkeit sorgt. Vorteilhaft umfasst der polymere Werkstoff zur Versiegelung der Spritzbeschichtung ein Epoxidharz, das eine Edelstahloberfläche im nichtvernetzten wie im teilvernetzten Zustand gut benetzt und somit eine feste stoffschlüssige Verbindung garantiert. Ferner stellt die gute Benetzbarkeit auch si- eher, dass das Harz in die Vertiefungen der Oberfläche eindringt und diese vollständig ausfüllt, so dass sich an der Grenzfläche der Spritzbeschichtung zur polymeren Versiegelungsschicht keine Hohlräume ausbilden. Bei weiteren vor¬ teilhaften Aus führungs formen umfasst der polymere Werkstoff zur Versiegelung der Spritzbeschichtung ein Silicon- Polyesterharz, das eine gute Benetzung von Edelstahlspritzschichten mit einer Antihaft- und schmutzabweisenden Wirkung verbindet. Generell können in das polymere Material der Versiegelungs¬ schicht auch Füllstoffe eingebettet werden, um eine Verbes- serung der Antihaft- und schmutzabweisenden Eigenschaften deren Oberfläche zu erzielen. Bei bevorzugten Ausführungs¬ formen hiervon werden für die Füllstoffe vorzugsweise Mate¬ rialien verwendet, die Polyfluorethylen und insbesondere Polytetrafluorethylen enthalten. Zweckmäßigerweise werden die Füllstoffe in Form von Partikeln und insbesondere in Form von Partikeln mit mittleren Durchmessern aus dem Bereich von 0,1 bis 5 μπι in das polymere Grundmaterial der Versiegelung eingebettet.
Statt von einem Epoxidharz oder Silicon-Polyesterharz mit PFE bzw. PTFE aufweisenden Füllstoffen kann das Polymer auch direkt von Polyfluorethylen und insbesondere Polytet¬ rafluorethylen gebildet sein oder von einem Polymer, das einen solchen Stoff umfasst. Zum Aufbringen von Polytetraf- luorethylen auf die Oberfläche der Spritzbeschichtung werden vorzugsweise Polytetrafluorethylenpartikel mit Größen aus dem Bereich von etwa 50 bis 100 nm aufgeschlämmt und die so erhaltene Dispersion auf die Spritzbeschichtung aufgebracht, beispielsweise mithilfe eines Tauchbads, durch Aufspritzen oder durch Auftragen mit einem Pinsel oder einem anderen Streichgerät. Vorzugsweise wird hierzu ein Po¬ lymer verwendet, das in Form von Partikeln mit einer Größenverteilung vorliegt, bei der wenigstens 65 Prozent der Partikel eine oder mehrere Größen aus dem Bereich von 50 bis 100 nm aufweisen.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbin- dung mit den Ansprüchen sowie den beiliegenden Figuren. Es sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf die Aus führungs formen der beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern durch den Umfang der beiliegenden Patentansprüche bestimmt ist. Insbesondere können die einzel- nen Merkmale bei erfindungsgemäßen Aus führungs formen in anderer Anzahl und Kombination als bei den untenstehend ange- führten Beispielen verwirklicht sein. Bei der nachfolgenden Erläuterung einiger Ausführungsbeispiele der Erfindung wird auf die beiliegende Figuren Bezug genommen, von denen Figur 1A die eine von einer versiegelten Spritzbeschich- tung auf einer Walzenkomponente gebildete Korro¬ sionsschutzschicht in einer stark schematisierten Darstellung veranschaulicht, Figur 1B ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer zusätzlichen Beschichtung zur Verdichtung,
Figur 2A die wesentlichen Schritte zur Herstellung einer versiegelten Spritzbeschichtung als Korrosionsschutz für eine Walzenkomponente, und
Figur 2B die wesentlichen Schritte zur Herstellung einer versiegelten Spritzschicht gemäß der Ausführungs- form der Figur 1B zeigt.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Figuren 1A und 1B le¬ diglich illustrativen Zwecken dient und keine Wiedergabe eines realen Bauteils darstellt. Größen wie Verhältnisse der einzelnen Komponenten sind daher im Hinblick auf eine klare Darstellung der Gegebenheiten gewählt und weichen von denen einer tatsächlichen Aus führungs form ab.
Die stark schematisierte Querschnittsdarstellung von Fi- gur 1A zeigt einen Ausschnitt einer mit einer korrosionsge¬ schützten Oberfläche versehenen Walzenkomponente 10. Die dargestellte Aus führungs form einer Walzenkomponente weist einen Walzenkern 1 auf, auf deren Oberfläche eine von einer Spritzbeschichtung 4 und einer darauf aufgebrachten Versie- gelung 3 gebildete Korrosionsschutzschicht 5 angeordnet ist. Die Korrosionsschutzschicht 5 bedeckt vorzugsweise al- le Oberflächenbereiche der Walzenkomponente 10, die den beim bestimmungsgemäßen Einsatz der Walze auftretenden korrosiven Medien ausgesetzt sind. Die Spritzbeschichtung 4 ist bei der veranschaulichten Ausführungsform aus einzelnen Edelstahlpartikeln 2 aufgebaut, die zur Ausbildung einer geschlossenen und damit dichten Schicht formschlüssig anei¬ nander angrenzen. Eine entsprechend korrosionsgeschützte Walze eignet sich z. B. für einen Einsatz als Leitwalze für Siebe oder Filze in Maschinen zur Papierherstellung.
Als Edelstahlmaterial der Spritzbeschichtung 4 wird vorzugsweise ein nichtrostender Chrom-Nickel-Stahl mit einer Zusammensetzung gemäß einer der Werkstoffnummern 1.4401 (Kurzname: X5CrNiMol7-12-2 ) , 1.4404 (Kurzname: X2CrNiMol7- 12-2), 1.4406 (Kurzname: X2CrNiMoN17-ll-2 ) , 1.4435 (Kurzname: X2CrNiMol8-14-3) , 1.4436 (Kurzname: X3CrNiMol7-13-3 ) oder 1.4440 (Kurzname: X2CrNiMol9-12 ) verwendet, die sich durch ihre hohe Beständigkeit gegen Korrosion und Säuren auszeichnen. Die genannten Stahlsorten erfüllen auch die Normen 316 bzw. 316 L des American Iron and Steel Institutes (AISI) .
Zum Auftrag des Beschichtungsmaterials 2 auf den Grundkör¬ per 1 des von einer Walzenkomponente gebildeten Werk- stücks 10 wird vorzugsweise ein thermisches Spritzverfahren verwendet, dessen grundsätzliche Schritte in Figur 2A vor¬ gestellt sind.
Das Verfahren beginnt in Schritt Sl mit dem Bereitstellen einer Vorrichtung zum thermischen Spritzbeschichten. Unter thermischem Spritzbeschichten ist ein Oberflächenbeschich- tungsverfahren zu verstehen, bei denen das Beschichtungsma- terial ab-, an- oder aufgeschmolzen und als Spritzpartikel vermittelt über einen Gasstrom in Richtung der zu beschich- tenden Oberfläche beschleunigt wird. Die Oberfläche des zu beschichtenden Werkstücks wird dabei nur in geringem Maße thermisch belastet. Beim Auftreffen auf die Werkstückoberfläche werden die Spritzpartikel in der Regel abgeflacht und verbinden sich durch mechanische Verklammerung. Hierdurch lassen sich rissfreie Beschichtungen mit homogener Mikrostruktur, geringer Porosität und guter Anbindung an das Werkstück erzielen. Beim Lichtbogenspritzen erfolgt das Aufschmelzen des drahtförmigen Spritz- bzw. Beschichtungswerkstoffs mit einem elektrischen Lichtbogen, beim Hochge- schwindigkeitsflammspritzen erfolgt das Anschmelzen der Spritzwerkstoffpartikel in der Brennstoff-Sauerstoff- Hochgeschwindigkeitsflamme und beim Laserspritzen mit dem Laserstrahl. Selbstverständlich können auch andere als die beispielhaft angeführten thermischen Spritzbeschichtungs- verfahren verwendet werden.
In Schritt S2 des in Figur 2A illustrierten Verfahrens zum Aufbringen einer Korrosionsschutzbeschichtung auf eine Walzenkomponente wird der Spritzwerkstoff in Form eines Edel¬ stahlmaterials bereitgestellt, wobei vorzugsweise nichtros- tende Edelstähle verwendet werden, wie beispielsweise Chrom-Nickel-Stähle der AISI-Norm 316 L bzw. 316, die auch mit den Werkstoffnummern 1.4401, 1.4404, 1.4406, 1.4435, 1.44036 oder 1.4440 bezeichnet werden. Die Form in der der Spritzwerkstoff bereitgestellt wird richtet sich nach der zum Beschichten jeweils verwendeten Vorrichtung. Beim Lichtbogenspritzen wird der Beschichtungswerkstoff bei¬ spielsweise in Drahtform, beim Hochgeschwindigkeitsflammspritzen in Pulverform bereitgestellt. Die Größenordnung der mittleren Partikelgrößen solcher Pulver wird in Abhän- gigkeit der gewünschten Beschichtungsdicke gewählt und kann, da die Partikel beim Auftreffen auf die Werkstückoberfläche verflacht werden, für Beschichtungsdicken von knapp 100 bis einige 100 μπι beispielsweise um etwa 50 μπι betragen .
Nach dem Bereitstellen von Beschichtungsapparatur und Be- schichtungswerkstoff sowie dem Einrichten des Werkstücks wird in Schritt S3 eine Oberfläche oder ein Teil einer Oberfläche des Werkstücks 10 mit dem Spritzwerkstoff unter Verwendung der Apparatur beschichtet. Zum Erzielen einer praktisch porenfreien bzw. vollständig dichten Beschichtung wird das Auftragen des Spritzwerkstoffs vorzugsweise in mehreren Hüben vorgenommen. Die Anzahl der Hübe richtete sich nach den jeweils an der Beschichtungsapparatur eingestellten Prozessparametern, eventuell der Größe der Pulver- partikel, dem Abstand zwischen Werkstück und dem den Spritzwerkstoff emittierenden Teil der Apparatur und der gewünschten Beschichtungsdicke . Üblicherweise wird die An¬ zahl der Hübe experimentell ermittelt. Die Porosität der Spritzbeschichtung kann ebenfalls über die Prozessparameter des Beschichtungsvorgangs beeinflusst werden, wobei insbe¬ sondere mit dem Hochgeschwindigkeitsflammspritzen Porositäten von weniger als 0,5 % erzielt werden können. Unter Porosität ist hierbei der Flächenanteil zu verstehen, der in einem das untersuchte Material durchsetzenden Querschliff von den darin enthaltenen Hohlräumen eingenommen wird.
Die in Schritt S3 aufgetragene Edelstahl-Spritzbeschichtung wird schließlich in Schritt S4 durch Auftragen eines poly- meren Werkstoffs versiegelt wonach das Korrosionsschutz- Beschichtungsverfahren in Schritt S5 abgesehen von eventuellen Nachbearbeitungen der Oberfläche abgeschlossen ist.
Thermische Spritzbeschichtungsverfahren zeichnen sich durch die Möglichkeit aus, Beschichtungslagen mit sehr niedriger Porosität, d.h. mit wenigen im Beschichtungsmaterial ausge¬ bildeten Hohlräumen herzustellen. Die einzelnen Hohlräume sind dabei in der Regel nicht miteinander verbunden, so dass die Poren keine Durchgänge von der Oberfläche der Be¬ schichtung zur Oberfläche des Grundwerkstoffs schaffen, über die eine Penetration elektrolytisch wirkender Stoffe erfolgen könnte. Entsprechend hergestellt Beschichtungen sind daher für die mit der Papierherstellung verbundenen Prozesswasser und Dämpfe dicht.
Allerdings kann unter den Betriebsbedingungen einer Papier- maschine langfristig eine Korrosion der Spritzbeschichtung über Störstellen des Beschichtungsmaterials wie z.B. Korn¬ grenzen und vor allem die inneren Oberflächen der Beschich- tung erfolgen, die von den Grenzflächen gebildet werden, and denen die einzelnen Beschichtungspartikel aneinander- grenzen. Um einem Angriff mit nachfolgendem Vordringen der Korrosion über solche Grenzflächen vorzubeugen, wird die Beschichtungsoberfläche nach Abschluss der thermischen Spritzbeschichtung mit einem polymeren Werkstoff versiegelt. Die Versiegelungswirkung wird dabei durch einen even- tuellen Verschleiß der Versiegelungsschicht 3 bis zur Frei¬ legung der oberen Bereiche der Spritzbeschichtung 4 nicht aufgehoben, das die Oberfläche der Spritzbeschichtung nicht ideal eben ist, sondern eine räumliche Konturierung auf¬ weist, bei der die Grenzflächen aneinandergefügter Be- schichtungspartikel nahezu ausschließlich in Vertiefungen angeordnet sind.
Als polymeres Material zur Ausbildung der Versiegelung eignen sich prinzipiell alle Duroplaste und Thermoplaste, die auf Basis von Einkomponenten- und Zweikomponentensystemen hergestellt werden können. Geeignet sind insbesondere Duro¬ plaste, deren Zersetzungstemperatur so weit oberhalb der Einsatztemperatur der Walzenkomponente 10 liegt, dass sich der Duroplast elastisch verhält. In analoger Weise eignen sich Thermoplaste, deren Glasübergangstemperatur soweit oberhalb der Einsatztemperatur der Walzenkomponente 10 liegt, dass bei einem Einsatz der mit dem Polymer versiegelten Spritzschicht 4 keine störende Erweichung des Poly¬ mers auftreten kann. Als grober Richtwert für die Mindest- differenz zwischen Einsatztemperatur und Zersetzungs- bzw. Glasübergangstemperatur können 20 °C angegeben werden. Un- ter Einsatztemperatur ist die Betriebstemperatur der Walzenkomponente 10 während des bestimmungsgemäßen Einsatzes der Klinge zu verstehen. Als Polymere eignen sich insbesondere Epoxidharze und Epo¬ xidharze mit darin eingebetteten Füllstoffpartikeln, beispielsweise aus einem Polyfluorethylen (PFE) und insbesondere aus Polytetrafluorethylen (PTFE) . Da Epoxidharz im nichtvernetzten bzw. teilvernetzten Zustand eine gute Be- netzung des Beschichtungsgrundmaterials zeigt, kann es auch in Vertiefungen der Beschichtungsoberfläche mit ungünstigen Aspektverhältnis vordringen. Die Viskosität des Epoxidhar¬ zes kann durch die Zugabe von Lösungsmitteln, wie zum Beispiel Alkoholen oder Ketonen, verringert werden, um die Be- netzung an die Oberflächenkontur der Beschichtung 4 anzupassen. Der Versiegelungsvorgang kann mithilfe eines Tauchbads, durch Aufspritzen, oder mithilfe von Streichwerkzeu¬ gen wie z. B. Pinseln oder Spachteln erfolgen. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird zur Ausbil¬ dung einer etwa 90 μπι dicken Spritzbeschichtung mithilfe einer Hochgeschwindigkeitsflammspritzvorrichtung "Diamond Jet Hybrid®" (DJ2600) ein von einem der AISI-Norm 316 L entsprechenden Stahl gebildeter Spritzwerkstoff in 4 Hüben auf die Oberfläche eines Stahlwalzenkerns aufgebracht. Sie so erstellte thermische Spritzbeschichtung wird anschließend mit einem farblosen Zweikomponentensystem auf Epoxidharzbasis versiegelt. In Figur 1B ist in gleicher Ansicht wie in Figur 1A eine zweite Aus führungs form der Erfindung dargestellt. Gegenüber der in Figur 1A dargestellten Ausführungsvariante ist hier eine zusätzliche zweite Beschichtung 6 vorgesehen, welche auf der Spritzbeschichtung 4 angeordnet ist und die Funkti- on des Verdichtens der Edelstahlpartikel 2 versieht. Dieses Ausführungsbeispiel ist insbesondere für die Verwendung in hochbelasteten Positionen zweckmäßig.
Hierbei werden in einem in Figur 2B dargestellten Prozess in einem zusätzlichen Verfahrensschritt S6 weitere 1 bis 3 Hübe Hartmetall aufgebracht. Als Auftragsverfahren bieten sich die gleichen Verfahren wie für die Aufbringung der Spritzbeschichtung 4 an, weshalb auf eine wiederholende Be¬ schreibung an dieser Stelle verzichtet werden kann. Es finden insbesondere Carbide, Nitride oder Boride sowie Mischungen davon sowie Mischungen mit anderen Metallen der 4., 5. oder 6. Nebengruppe des Periodensystems der Elemente Anwendung. Als bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist Wolf- ramcarbid zu nennen.
Diese Hartmetallschicht stellt zwar keine dichte, geschlos¬ sene Schicht dar, verdichtet jedoch durch die hohe Dichte beispielsweise des Wolframs die darunterliegende Schicht derart, dass von einer erhöhten Korrosionsbeständigkeit ausgegangen werden kann.
Die beschriebene Erfindung ermöglicht einen effektiven, langanhaltenden und kostengünstigen Korrosionsschutz von Walzenkomponenten, Walzen und insbesondere Leitwalzen zur Verwendung in Papiermaschinen.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zum Aufbringen einer Korrosionsschutzbe- schichtung auf eine Walzenkomponente, wobei das Verfah¬ ren folgende Schritte aufweist:
- Bereitstellen einer Vorrichtung zum thermischen Spritzbeschichten,
- Bereitstellen eines Edelstahlmaterials,
- Beschichten von zumindest einem Teil der Oberfläche der Walzenkomponente durch Aufbringen des Edelstahlmaterials unter Verwendung der Vorrichtung zum thermischen Spritzbeschichten,
- Versiegeln der aufgebrachten Beschichtung mit einem polymeren Werkstoff.
Verfahren nach Anspruch 1, worin auf dem Edelstahlmaterial eine weitere Beschichtung aus einem weiteren Material aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 2, worin das weitere Material ein Carbid, Nitrid oder Borid oder eine Mischung daraus oder eine Mischung mit einem Metall der 4., 5. oder 6. Nebengruppe ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin die bereitgestellte Vorrichtung zum thermischen Spritzbeschichten zur Durchführung von Hochgeschwindigkeits- flammspritzen oder Laserspritzen ausgebildet ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin das Edelstahlmaterial in Form von Feinpulver bereitgestellt wird .
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin die bereitgestellte Vorrichtung zum thermischen Spritzbeschichten zur Durchführung von Lichtbogenspritzen ausgebildet ist.
7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 6, worin das Edelstahlmaterial in Drahtform bereitgestellt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Edelstahlmaterial von einem Chrom-Nickel-Stahl mit einer Zusammensetzung gemäß einer der Werkstoffnummern 1.4401, 1.4404, 1.4406, 1.4435, 1.4436 oder 1.4440 gebildet ist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Beschichten einer Oberfläche der Walzenkompo¬ nente durch Aufbringen des Edelstahlmaterials sowie des weiteren Materials in mehreren Hüben erfolgt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, worin die Anzahl der Hübe für das Aufbringen des Edelstahlmaterials minimal 4 und maximal 6 beträgt.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, worin die Anzahl der Hübe für das Aufbringen des weiteren Materials zumindest 1 und maximal 3 beträgt.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der polymere Werkstoff zur Versiegelung der Spritz- beschichtung ein Epoxidharz umfasst.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der polymere Werkstoff zur Versiegelung der Spritz- beschichtung ein Silicon-Polyesterharz umfasst.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wo- rin der polymere Werkstoff zur Versiegelung der Spritz- beschichtung ein Polymer mit darin eingebetteten Füllstoffen umfasst. 15. Verfahren nach Anspruch 14, worin als Füllstoffe Po- lyfluorethylen und insbesondere Polytetrafluorethylen enthaltende Füllstoffe verwendet werden.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, worin die Füllstof- fe in Form von Partikeln und insbesondere in Form von
Partikeln mit mittleren Durchmessern aus dem Bereich von 0,1 bis 5 μπι verwendet werden.
17. Verfahren nach Anspruch 1, worin als polymerer Werk- stoff Polyfluorethylen und insbesondere Polytetrafluo¬ rethylen verwendet wird.
18. Walzenkomponente für eine Walze zur Verwendung in einer Maschine zur Papierherstellung, wobei die Walzenkompo- nente einen metallischen Grundkörper, eine, wenigstens einen Teil der Oberfläche des metallischen Grundkörpers bedeckende, thermische Spritzbeschichtung aus einem Edelstahlmaterial und eine auf die Oberfläche der ther¬ mischen Edelstahlspritzbeschichtung aufgebrachte poly- mere Versiegelungsschicht aufweist.
19. Walzenkomponente nach Anspruch 18, worin eine wenigs¬ tens einen Teil der Oberfläche der thermischen Spritz- beschichtung aus Edelstahl bedeckende Beschichtung mit einem weiteren Material vorgesehen ist.
20. Walzenkomponente nach Anspruch 19, worin das weitere Material ein Carbid, Borid oder Nitrid oder eine Mi¬ schung daraus oder eine Mischung mit einem Metall der 4., 5. oder 6. Nebengruppe ist.
21. Walzenkomponente nach Anspruch , worin das Edelstahlma¬ terial von einem Chrom-Nickel-Stahl mit einer Zusammensetzung gemäß einer der Werkstoffnummern 1.4401, 1.4404, 1.4440 oder 1.4435 gebildet ist.
22. Walzenkomponente nach einem der Ansprüche 19 bis 21, worin das Material der polymeren Versiegelungsschicht wenigstens einen Stoff ausgewählt aus der Epoxidharze, Silicon-Polyesterharze und Polyfluorethylene umfassen¬ den Gruppe von Polymeren aufweist.
23. Walzenkomponente nach einem der Ansprüche 19 bis 22, worin die Beschichtung des Walzengrundkörpers unter Verwendung eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14 hergestellt ist.
24. Walze mit einer Walzenkomponente nach einem der Ansprü¬ che 19 bis 23.
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