EP2009132A1 - Method for manufacturing a functional layer, coating material, method for its manufacture and functional layer - Google Patents
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- C25D5/50—After-treatment of electroplated surfaces by heat-treatment
Definitions
- the invention relates to a method for producing a functional layer on a substrate, which is formed as a metal foam layer. Furthermore, the invention relates to a coating material for carrying out such a method, and to a method for producing the coating material. In addition, the invention relates to the use of the method for producing a functional layer and to such a functional layer.
- the metal is liquid or at least plastic and the blowing agent releases gas (in metal hydrides, this is hydrogen), which penetrates in the form of bubbles in the liquid metal and this foams.
- gas in metal hydrides, this is hydrogen
- a known and commercially available product is aluminum foam, in which aluminum powder or an aluminum alloy serves as starting material.
- aluminum foam densities in the range of 0.5-1.0 g / cm 3 can typically be achieved, which corresponds to a porosity of up to 85%.
- metal foam In addition to the enormous weight reduction that can be achieved with metal foam bodies or metal foam composites, metal foam also has other positive properties such as efficient energy absorption, especially under mechanical stress, high specific stiffness, good processability, good sound insulation properties, just to name a few ,
- metal foam is limited to the filling of cavities - for example in metal carriers - or to the production of moldings by foaming the metal in a suitably designed form.
- a method for producing a functional layer on a substrate, in which, in a first step, a foamable coating material comprising a metal powder and a blowing agent is applied in the form of a layer to the substrate, and in a second step, the layer is foamed by heat input, so that the layer is converted into a metal foam layer.
- the basic idea of the invention is therefore to use a foamable coating material as the starting material, to deposit it as a layer on a substrate and to foam this layer so as to produce a metal foam layer on the substrate.
- the metal foam can be generated as a layer on a substrate.
- any method known per se for producing layers on a substrate is suitable for the first step of the method according to the invention, for example spraying methods, thermal spraying methods, electrophoretic deposition, spray painting, screen printing or other printing methods, rolling, slurry methods, brushing, etc.
- the layer is applied to the substrate by means of a thermal spraying process, in particular by means of cold gas spraying.
- a thermal spraying process in particular by means of cold gas spraying.
- the thermal spraying process can be carried out in such a way, in particular by means of cold spraying, that the coating material does not melt during the spraying process, so that the material is first deposited as a layer on the substrate and then foamed by heat input.
- the thermal spraying process can be carried out so that the particles of the coating material are already melted or plasticized on their flight to the substrate and foamed by the blowing agent.
- the thermal spraying process can be carried out so that the particles of the coating material are already melted or plasticized on their flight to the substrate and foamed by the blowing agent.
- mixed forms of these two variants are possible.
- Another preferred method procedure is when, in the first step, the layer is applied to the substrate by means of electrophoretic deposition.
- the coating material can be electrophoretically deposited in the form of a slurry or a slip by means of methods known per se.
- the heat input is carried out by means of a heating furnace or by means of electromagnetic radiation, in particular by means of laser irradiation, or by means of electromagnetic induction.
- the coating material is a high nitrogen steel, with at most 4 weight percent nitrogen, preferably with 1 to 3 weight percent nitrogen, the nitrogen being at least partially released and foaming the metal.
- the layer is preferably applied by means of thermal spraying.
- the steel is thermally sprayed in powder form, releasing part of the nitrogen and causing the particles to "blow up". This embodiment is also possible with other high nitrogen coating materials.
- This coating material which is suitable for both thermal spraying and electrophoretic deposition, has the property that the individual particles contain both the metal and the blowing agent. It is therefore not a purely mechanical mixture of a metal powder with a propellant powder, but in the individual particles, the metal is "inseparably" connected to the propellant.
- the invention further proposes a coating material for carrying out the method according to the invention, which is a powder with particles, wherein the individual particles contain both a foamable metal and a blowing agent which can release a gas for foaming the metal.
- the particles have a metallic core, which is coated with the blowing agent (cladded).
- the propellant is in each case dispersed in the particles, so that the particles each have a metallic matrix in which the propellant is incorporated. Due to this very even distribution of the blowing agent in the metallic phase, a very efficient foaming can be achieved.
- a functional layer is proposed by the invention, prepared according to the inventive method or with a coating material according to the invention.
- Such functional layers can have different functions, e.g. As densities, stiffening, thermal insulation, sound insulation, connection of parts, etc.
- the invention also proposes a substrate with such a functional layer.
- This may be, for example, a turbine blade to which a functional layer according to the invention is applied as a squish layer or enema layer.
- the process according to the invention and the coating material according to the invention can be used in particular for Production of rubbing layers, running-in layers, seals, bearings, joining or filling material.
- Fig. 1 1 is a schematic representation of a first exemplary embodiment of the method according to the invention for producing a functional layer 1 on a substrate 2, which is preferably a metallic substrate 2.
- the function of the functional layer 1 can be, for example: increase in wear, abrasion, erosion resistance, sealing, connection of parts or materials, sound insulation, thermal protection, change in electrical or thermal conductivity, generation of squint or enema layers, etc.
- the method according to the invention comprises two steps 100, 200.
- a foamable coating material 3 which comprises a metal powder with a blowing agent, is applied to the substrate 2 in the form of a layer 1 '.
- Possible methods for producing the coating material 3, which in this embodiment is in powder form with particles 31, will be discussed further below.
- the layer 1 'by heat input the in Fig. 1 symbolically represented by the arrows 4, foamed, so that the layer 1 'in the functional layer 1, which is a metal foam layer, is converted.
- Thermal spraying processes are, for example, all forms of plasma spraying, flame spraying, HVOF processes. Furthermore, also such injection processes are known in which the process gas compared to the classic plasma spraying is "cold", for example at most a few hundred Kelvin, so that the particles are not melted in the gas stream and adhere to the substrate due to their kinetic energy. These processes, referred to in the literature as cold gas spraying or kinetic gas spraying, and hybrid processes (plasma cold gas spraying) are also to be encompassed by the term “thermal spraying” within the scope of this application, or by the term “thermal spraying”.
- the process illustrated is a plasma spraying process or a cold gas spraying process or a hybrid plasma cold gas injection process
- a spray device 5 is provided with which a process jet 6 can be generated, with which the substrate 2 is coated.
- the spray device 5 comprises a plasma torch, not shown, in the case of kinetic spraying a cold gas spraying device, not shown,
- the process jet 6 is generated with the spraying device 3 from the coating material M, a process gas or a process gas mixture G and optionally electrical energy E.
- the feed of these components E, G and coating material 3 is in Fig. 1 symbolized by the arrows 7, 8, 9
- the produced process jet 6 exits through a nozzle 10 and transports the coating material 3 in the form of the particles 31 dispersed in the process jet to the substrate 2 in order to build up the layer 1 'there.
- the electrical energy E serves to generate the plasma.
- the electrical energy E is usually used to heat the process gas G.
- the temperature of the process gas G is significantly lower than in the plasma spraying process and is usually at most a few hundred and up to 1000 ° C.
- the coating material 3 comprises both a metal powder and a blowing agent.
- the metal powder and the blowing agent may be in the form of a mixture.
- both the metal and the blowing agent may be in powder form.
- the coating material 3 may then be a mechanical mixture of the metal powder and the propellant.
- a compacted layer of metal powder and propellant powder is then generated on the substrate 2.
- the coating material is a metal powder with a blowing agent incorporated therein.
- the particles 31 contain both the metal and the propellant.
- propellants for example, metal hydrides such as lithium hydride or titanium hydride are used. These have the property that they decompose above a material-specific decomposition temperature in the metal and gaseous hydrogen.
- metal hydrides such as lithium hydride or titanium hydride are used. These have the property that they decompose above a material-specific decomposition temperature in the metal and gaseous hydrogen.
- other blowing agents such as metal nitrides or carbonates such as sodium carbonate (NaHCO 3 ), sodium bicarbonate, potassium carbonate, calcium carbonate or hydrates such as aluminum hydroxide or high nitrogen-containing compounds, for example, by rapid solidification a supersaturated melt can be generated.
- Essential for the blowing agent is that by increasing the temperature of a gas is released, which can foam the metal.
- the thermal injection process carried out in this exemplary embodiment as the first step 100 is carried out in such a way that the blowing agent releases substantially no gas during this process.
- the propellant is not heated above its decomposition temperature. Therefore, for the first step 100 in particular the cold gas spraying is particularly suitable, because in this the heat input into the particles during the injection process is significantly lower. It is no problem for a person skilled in the art to adjust the process parameters in the injection process in such a way that substantially no gas is released from the propellant during the spraying.
- the layer 1 ' is deposited on the substrate 2 in a non-foamed state.
- blowing agent depends on the metal or composition of the metallic component of the coating material.
- the blowing agent is chosen so that its decomposition temperature or the temperature above which the gas is liberated for foaming, is in the range of the melting temperature of the metallic component of the coating material 3.
- the heat input 4 for foaming the layer 1' takes place in the second step 200.
- the heat input 4 can be done in various ways.
- the substrate 2 with the layer 1 ' can be applied, for example, in a heating furnace with heat, or the layer 1' is acted upon by electromagnetic radiation, preferably by means of laser radiation.
- the heat input 4 by means of electromagnetic induction or by means of plasma treatment is possible.
- the metal in the coating material 3 or in the layer 1 ' is heated above its melting temperature and melts.
- the propellant decomposes, causing the gas to foam the now molten metal of the layer 1 'is released.
- the layer 1 ' is converted into the formed as a metal foam layer functional layer 1, which in the lowermost part of Fig. 1 is shown.
- the first step 100 and the second step 200 are at least partially performed simultaneously or simultaneously.
- the process parameters for the thermal spraying process which is here preferably a plasma spraying, are carried out so that the particles 31 are already plasticized or melted in the process jet 6 and the blowing agent releases the gas for foaming the metallic component. Consequently, the particles 31 are already at least partially foamed or "inflated” in the process jet 6 on their way to the substrate 2 and then form the functional metal foam layer 1 on the substrate 2.
- the heat input 4 thus follows through the process beam 6, for example through the Energy of the plasma or the process gas.
- thermal spraying process is performed so that it comes to an at least partial foaming of the particles 31 in the process beam 6 and then takes place an additional heat input 4 to the layer 2 located on the substrate to to complete the foaming.
- the layer 1 ' is produced on the substrate 2 by means of electrophoretic deposition.
- the powdery coating material is processed with water or another liquid to a slurry or a slurry. With this takes place the electrophoretic deposition of the layer 1 'on the substrate 2, which is connected during the electrophoretic deposition as one of the two electrodes (anode or cathode).
- the second step namely the foaming of the layer 1 'to the metal foam layer 1 takes place in a similar manner as already explained.
- this embodiment of the slip instead of by electrophoretic deposition by other methods known per se in the form of a layer are applied to the substrate, for example by means of spray painting, by applying - for example with a brush.
- all processes known per se for applying a layer to a substrate are suitable for the first step of the process according to the invention, including printing processes such as screen printing or roll-coating.
- the layer 1 ' is applied as a uniform layer.
- the invention further relates to a process for producing a coating material which is suitable for carrying out the process according to the invention, such as such a coating material, which is explained in more detail below.
- the coating material 3 is a powder comprising a metal powder having a blowing agent incorporated therein for releasing a gas for foaming the metallic component.
- the powdered coating material comprises particles 31, each containing both the metal 32 (see, eg Fig. 2 ) as well as the propellant 33. This means that at least a substantial proportion of the particles 31 of the coating material, for example at least 75% of the particles of the coating material 3, each contain both the metal 32 and the blowing agent 33.
- the two components metal 32 and blowing agent 33 each form an "inseparable" composition in the particles 31, in the sense that the individual particle 31 combines both components 32, 33 in itself.
- Fig. 2-4 three different embodiments for each one particle 31 of the coating material 3 are shown schematically.
- the particle comprises two substantially separate regions, one of which is formed by the metal 32 and the other by the blowing agent 33.
- the particle 31 has a metallic core 32 which is coated with the blowing agent 33 (cladded particle)
- the propellant 33 forms a disperse phase, which is distributed as uniformly as possible over the metallic phase 32.
- the metal 32 forms a metallic matrix in which the blowing agent 33 is embedded.
- This third embodiment is particularly preferred because it ensures a very uniform distribution of the propellant 33, which has an advantageous effect on the foaming process.
- a metal powder and a suitable blowing agent is first selected.
- suitable blowing agents such as a metal hydride powder
- the metal powder may be either an elemental metal such as aluminum or an alloy or a mixture of several metals.
- the metal is provided in the form of a powder having a predetermined viscosity in the molten state.
- the metal in the liquid state must not be so low in viscosity that the gas released by the blowing agent leaves the metal without exerting an intumescent effect.
- the metal must not be too viscous in the liquid state, because otherwise the blowing agent can not foam the liquid metal.
- the viscosity of the liquid metal has the correct value, the metal is processed into a powder in a manner known per se.
- the metallic powder is mixed with the blowing agent, which is preferably also in powder form.
- the blowing agent which is preferably also in powder form.
- a suitable for the respective metal powder blowing agent is first selected.
- An essential criterion here is that the Decay temperature of the blowing agent, ie the temperature at which the blowing agent releases the gas for foaming, is in the range of the melting temperature of the metallic powder.
- the amount of blowing agent is determined according to the desired porosity of the metal foam layer to be produced. However, the proportion of blowing agent is at most five percent by weight (wt.%). In practice, it has proven particularly useful if the proportion of blowing agent is at most 2% by weight and in particular 0.1-1% by weight.
- the blowing agent is intimately mixed with the metal powder.
- This mixture of the blowing agent and the metallic powder is then processed into the coating material 3, which is present as a powder with particles, the individual particles containing both the metal and the blowing agent (see Fig. 2-4 ).
- This processing can be carried out by methods known per se, for example in an atomizer or by spray drying and granulation. In this case, it may be advantageous to first briefly melt the powder mixture.
- FIG. 3 illustrated second embodiment in which the metallic core 32 is coated with the blowing agent 33 is prepared for example by the metal powder to be coated is introduced into a suspension of solvent, fine blowing agent powder and an adhesion promoter, preferably on an organic basis.
- the metal powder is coated with a thin layer of the blowing agent.
- a post-processing of the powdered coating material can take place, for example in order to round or round the individual particles.
- the particle size of the particles 31 is for example 50 microns.
- the necessary or suitable particle size of the particles 31 depends on the coating method used or the coating system used. In thermal spraying, the particle sizes are typically between 25 ⁇ m +/- 5 ⁇ m and 100 ⁇ m +/- 50 ⁇ m. In the Electrophoretic deposition requires significantly finer particles in the range of 5 ⁇ m and below to prevent the particles from settling too quickly.
- the coating material used is a highly nitrogen-containing compound, for example a steel containing a high nitrogen content, which means a steel which contains at most 4% by weight of nitrogen, preferably 1-3% by weight of nitrogen.
- a highly nitrogen-containing compound for example a steel containing a high nitrogen content, which means a steel which contains at most 4% by weight of nitrogen, preferably 1-3% by weight of nitrogen.
- Such high nitrogen-containing compounds generally have the property of releasing the nitrogen back into gaseous form upon heating. This discharged at heat input 4 nitrogen can then serve as a gas for foaming.
- the layer can be foamed by heat input 4 with the nitrogen present in the coating material.
- Metal foam layers made of high nitrogen steel have very good mechanical properties and provide high corrosion protection.
- the functional layer produced according to the invention which is designed as a metal foam layer, can be used in a variety of ways.
- only a few uses of the process according to the invention for producing a functional layer or of the coating material according to the invention are to be mentioned: Preparation of anticorrosive layers, hard coatings, abradable layers and enema layers, eg.
- As components of turbines such as turbine blades or segments with multiple turbine blades, production of seals, bearings, plain bearings, connecting material
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer funktionalen Schicht auf einem Substrat, die als Metallschaum-Schicht ausgebildet ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Beschichtungsmaterial zur Durchführung eines solchen Verfahrens, sowie ein Verfahren zur Herstellung des Beschichtungsmaterials, Zudem betrifft die Erfindung die Verwendung des Verfahrens zur Herstellung einer funktionalen Schicht sowie eine solche funktionale Schicht.The invention relates to a method for producing a functional layer on a substrate, which is formed as a metal foam layer. Furthermore, the invention relates to a coating material for carrying out such a method, and to a method for producing the coating material. In addition, the invention relates to the use of the method for producing a functional layer and to such a functional layer.
Es ist bekannt, Formkörper aus Metallschaum herzustellen und Metallschaum zum Füllen von Metallprofilen zu verwenden. Hierzu wird typischerweise kommerziell erhältlisches Metallpulver mit einer kleinen Menge eines Treibmittels - beispielsweise einem Metallhydrid - vermischt. Diese Mischung wird mittels bekannter Prozesse kompaktiert, z. B. mittels Heiss-Extrusion, Co-Extrusion oder heisisostatischem Pressen (HIP). Durch diesen Kompaktierungsprozess entsteht ein dichter Körper (Precursor) aus einem Vormaterial, der in der Regel formbar bzw. bearbeitbar ist. Durch Zuführung von Wärme wird dieser Körper aufgeschäumt und entwickelt sich zu einem hochporösen Metallschaumkörper. Für dieses Aufschäumen wird der Körper aus dem Vormaterial in einer der gewünschten Gestalt entsprechenden Form mit Wärme behandelt. Dabei wird das Metall flüssig oder zumindest plastisch und das Treibmittel setzt Gas frei (bei Metallhydriden ist dies Wasserstoff), welches in Form von Blasen in das flüssige Metall eindringt und dieses aufschäumt. Diese Technologie ist beispielsweise in der
Ein bekanntes und kommerziell erhältliches Produkt ist Aluminiumschaum, bei welchem Aluminiumpulver bzw, eine Aluminiumlegierung als Ausgangsmaterial dient. Bei Aluminiumschaum lassen sich typischerweise Dichten im Bereich von 0.5 - 1.0 g/cm3 erzielen, was einer Porösität von bis zu 85 % entspricht.A known and commercially available product is aluminum foam, in which aluminum powder or an aluminum alloy serves as starting material. With aluminum foam, densities in the range of 0.5-1.0 g / cm 3 can typically be achieved, which corresponds to a porosity of up to 85%.
Neben der enormen Gewichtsreduzierung, die sich mit Metallschaumkörpern bzw. Metallschaum-Verbundkörpern erzielen lassen, hat Metallschaum auch noch weitere positive Eigenschaften wie beispielsweise eine effiziente Energieabsorption insbesondere bei mechanischer Belastung, eine hohe spezifische Steifigkeit, gute Verarbeitbarkeit, gute Schalldämmeigenschaften, um nur einige zu nennen.In addition to the enormous weight reduction that can be achieved with metal foam bodies or metal foam composites, metal foam also has other positive properties such as efficient energy absorption, especially under mechanical stress, high specific stiffness, good processability, good sound insulation properties, just to name a few ,
Heutzutage ist die Verwendung von Metallschaum auf das Füllen von Hohlräumen - beispielsweise in Metallträgern - bzw. auf die Herstellung von Formkörpern durch Aufschäumen des Metalls in einer geeignet gestalteten Form beschränkt.Today, the use of metal foam is limited to the filling of cavities - for example in metal carriers - or to the production of moldings by foaming the metal in a suitably designed form.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der Erfindung, neue Anwendungsgebiete für Metallschaum zu eröffnen. Im Speziellen soll ein Verfahren zur Herstellung von Metallschaum vorgeschlagen werden, mit dem neue Anwendungen von Metallschaum realisierbar sind. Ferner soll ein Ausgangsmaterial hierfür sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung vorgeschlagen werden. Weiterhin sollen Verwendungen des Verfahrens bzw. des Ausgangsmaterials vorgeschlagen werden.Starting from this prior art, it is an object of the invention to open up new fields of application for metal foam. In particular, a method for the production of metal foam is proposed, with the new applications of metal foam can be realized. Furthermore, a starting material for this purpose and a process for its preparation should be proposed. Furthermore, uses of the method or the starting material to be proposed.
Die diese Aufgabe lösenden Gegenstände der Erfindung sind durch die unabhängigen Ansprüche der jeweiligen Kategorie gekennzeichnet.The objects of the invention solving this object are characterized by the independent claims of the respective category.
Erfindungsgemäss wird also ein Verfahren vorgeschlagen zur Herstellung einer funktionalen Schicht auf einem Substrat, bei welchem in einem ersten Schritt ein schäumbares Beschichtungsmaterial, das ein Metallpulver und ein Treibmittel umfasst, in Form einer Schicht auf das Substrat aufgebracht wird, und in einem zweiten Schritt die Schicht durch Wärmeeintrag aufgeschäumt wird, sodass die Schicht in eine Metallschaum-Schicht umgewandelt wird.According to the invention, therefore, a method is proposed for producing a functional layer on a substrate, in which, in a first step, a foamable coating material comprising a metal powder and a blowing agent is applied in the form of a layer to the substrate, and in a second step, the layer is foamed by heat input, so that the layer is converted into a metal foam layer.
Die grundlegende Idee der Erfindung ist es also ein aufschäumbares Beschichtungsmaterial als Ausgangsmaterial zu verwenden, dieses als Schicht auf einem Substrat abzuscheiden und diese Schicht aufzuschäumen, um so eine Metallschaum-Schicht auf dem Substrat zu erzeugen.The basic idea of the invention is therefore to use a foamable coating material as the starting material, to deposit it as a layer on a substrate and to foam this layer so as to produce a metal foam layer on the substrate.
Durch dieses Verfahren eröffnen sich vollkommen neue Anwendungen für Metallschaum, denn nun ist für das Aufschäumen nicht mehr das Vorhandensein einer Form oder eines Hohlraums erforderlich. Der Metallschaum kann als Schicht auf einem Substrat generiert werden.This process opens up completely new applications for metal foam, because now foaming no longer requires the presence of a mold or cavity. The metal foam can be generated as a layer on a substrate.
Prinzipiell eignet sich jedes an sich bekannte Verfahren zum Erzeugen von Schichten auf einem Substrat für den ersten Schritt des erfindungsgemässen Verfahrens, beispielsweise Spritzverfahren, thermische Spritzverfahren, elektrophoretische Abscheidung, Spritzlackieren, Siebdruck- oder andere Druckverfahren, Aufwalzen, Schlickerverfahren, Streichen usw.In principle, any method known per se for producing layers on a substrate is suitable for the first step of the method according to the invention, for example spraying methods, thermal spraying methods, electrophoretic deposition, spray painting, screen printing or other printing methods, rolling, slurry methods, brushing, etc.
Bei einer bevorzugten Verfahrensführung wird im ersten Schritt die Schicht mittels eines thermischen Spritzprozesses, insbesondere mittels Kaltgasspritzen, auf das Substrat aufgebracht. Hierbei sind zwei Varianten möglich. Einerseits kann der thermische Spritzprozess so durchgeführt werden, insbesondere mittels Kaltgasspritzens, dass das Beschichtungsmaterial während des Spritzprozesses nicht schmilzt, sodass das Material zunächst als Schicht auf dem Substrat abgeschieden wird und anschliessend durch Wärmeeintrag aufgeschäumt wird.In a preferred process control, in the first step, the layer is applied to the substrate by means of a thermal spraying process, in particular by means of cold gas spraying. Here are two variants possible. On the one hand, the thermal spraying process can be carried out in such a way, in particular by means of cold spraying, that the coating material does not melt during the spraying process, so that the material is first deposited as a layer on the substrate and then foamed by heat input.
Andererseits ist es aber auch möglich, den ersten und den zweiten Schritt des Verfahrens zumindest teilweise simultan durchzuführen. Dazu kann beispielsweise der thermische Spritzprozess so durchgeführt werden, dass die Partikel des Beschichtungsmaterials bereits auf ihrem Flug zum Substrat aufgeschmolzen oder plastifiziert und durch das Treibmittel aufgeschäumt werden. Natürlich sind Mischformen dieser beiden Varianten möglich.On the other hand, it is also possible to carry out the first and the second step of the method at least partially simultaneously. For this purpose, for example, the thermal spraying process can be carried out so that the particles of the coating material are already melted or plasticized on their flight to the substrate and foamed by the blowing agent. Of course, mixed forms of these two variants are possible.
Eine andere bevorzugte Verfahrensführung ist es, wenn im ersten Schritt die Schicht mittels elektrophoretischer Deposition auf das Substrat aufgebracht wird. Das Beschichtungsmaterial kann dazu in Form eines Slurrys bzw, eines Schlickers mittels an sich bekannter Methoden elektrophoretisch abgeschieden werden.Another preferred method procedure is when, in the first step, the layer is applied to the substrate by means of electrophoretic deposition. The coating material can be electrophoretically deposited in the form of a slurry or a slip by means of methods known per se.
Aus praktischen Gründen ist es bevorzugt, wenn im zweiten Schritt der Wärmeeintrag mittels eines Heizofens oder mittels elektromagnetischer Bestrahlung, insbesondere mittels Laserbestrahlung, oder mittels elektromagnetischer Induktion durchgeführt wird.For practical reasons, it is preferred if in the second step the heat input is carried out by means of a heating furnace or by means of electromagnetic radiation, in particular by means of laser irradiation, or by means of electromagnetic induction.
Eine vorleilhafte Ausführungsform besteht darin, dass das Beschichtungsmaterial ein hoch stickstoffhaltiger Stahl ist, mit höchstens 4 Gewichtsprozent Stickstoff, vorzugsweise mit 1 bis 3 Gewichtsprozent Stickstoff, wobei der Stickstoff zumindest teilweise freigesetzt wird und das Metall aufschäumt. Dazu wird die Schicht vorzugsweise mittels thermischen Spritzens aufgetragen. Der Stahl wird in Pulverform thermisch gespritzt, dabei wird ein Teil des Stickstoffs freigesetzt und führt zu einem "Aufblasen" der Partikel. Diese Ausführungsform ist auch mit anderen hoch stickstoffhaltigen Beschichtungsmaterialien möglich.A preferred embodiment is that the coating material is a high nitrogen steel, with at most 4 weight percent nitrogen, preferably with 1 to 3 weight percent nitrogen, the nitrogen being at least partially released and foaming the metal. For this purpose, the layer is preferably applied by means of thermal spraying. The steel is thermally sprayed in powder form, releasing part of the nitrogen and causing the particles to "blow up". This embodiment is also possible with other high nitrogen coating materials.
Durch die Erfindung wird ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Beschichtungsmaterials zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens vorgeschlagen, mit den folgenden Schritten:
- Bereitstellen eines Metalls in Form eines Pulvers, das eine vorgebbare Viskosität im geschmolzenen Zustand hat,
- Mischen des metallischen Pulvers mit einem Treibmittel, welches ein Gas zum Aufschäumen des Metalls freisetzen kann, wobei der Anteil des Treibmittel höchstens 5 Gewichtsprozent, vorzugsweise höchstens 2 Gewichtsprozent und speziell 0.1 bis 1 Gewichtsprozent beträgt,
- Verarbeiten der Mischung aus dem metallischen Pulver und dem Treibmittel zu dem Beschichtungsmaterial, derart dass das Beschichtungsmaterial ein Pulver ist mit Partikeln, wobei die einzelnen Partikel sowohl das Metall als auch das Treibmittel enthalten.
- Providing a metal in the form of a powder which has a predetermined viscosity in the molten state,
- Mixing the metallic powder with a blowing agent capable of releasing a gas to foam the metal, the amount of the blowing agent being at most 5 percent by weight, preferably at most 2 percent by weight and especially 0.1 to 1 percent by weight,
- Processing the mixture of the metallic powder and the blowing agent into the coating material such that the coating material is a powder with particles, the individual particles containing both the metal and the blowing agent.
Dieses Beschichtungsmaterial, das sich sowohl für das thermische Spritzen als auch für die elektrophoretische Deposition eignet, hat die Eigenschaft, dass die einzelnen Partikel sowohl das Metall als auch das Treibmittel enthalten. Es handelt sich hier also nicht um eine rein mechanische Mischung eines Metallpulvers mit einem Treibmittelpulver, sondern in den einzelnen Partikeln ist das Metall "untrennbar" mit dem Treibmittel verbunden.This coating material, which is suitable for both thermal spraying and electrophoretic deposition, has the property that the individual particles contain both the metal and the blowing agent. It is therefore not a purely mechanical mixture of a metal powder with a propellant powder, but in the individual particles, the metal is "inseparably" connected to the propellant.
Durch die Erfindung wird weiterhin ein Beschichtungsmaterial zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens vorgeschlagen, welches ein Pulver ist mit Partikeln, wobei die einzelnen Partikel sowohl ein aufschäumbares Metall enthalten als auch ein Treibmittel, welches ein Gas zum Aufschäumen des Metalls freisetzen kann.The invention further proposes a coating material for carrying out the method according to the invention, which is a powder with particles, wherein the individual particles contain both a foamable metal and a blowing agent which can release a gas for foaming the metal.
Gemäss einer bevorzugten Variante weisen die Partikel einen metallischen Kern auf, der mit dem Treibmittel beschichtet ist (cladded).According to a preferred variant, the particles have a metallic core, which is coated with the blowing agent (cladded).
Gemäss einer anderen bevorzugten Variante ist das Treibmittel jeweils in den Partikeln dispergiert, sodass die Partikel jeweils eine metallische Matrix aufweisen, in welche das Treibmittel eingelagert ist. Durch diese sehr gleichmässige Verteilung des Treibmittels in der metallischen Phase lässt sich eine sehr effiziente Aufschäumung erzielen.According to another preferred variant, the propellant is in each case dispersed in the particles, so that the particles each have a metallic matrix in which the propellant is incorporated. Due to this very even distribution of the blowing agent in the metallic phase, a very efficient foaming can be achieved.
Weiterhin wird durch die Erfindung eine funktionale Schicht vorgeschlagen, hergestellt gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren oder mit einem erfindungsgemässen Beschichtungsmaterial. Solche funktionalen Schichten können unterschiedliche Funktionen haben, z. B. Dichten, Versteifen, Wärmedämmung, Schalldämmung, Verbindung von Teilen usw.Furthermore, a functional layer is proposed by the invention, prepared according to the inventive method or with a coating material according to the invention. Such functional layers can have different functions, e.g. As densities, stiffening, thermal insulation, sound insulation, connection of parts, etc.
Auch wird durch die Erfindung ein Substrat mit einer solchen funktionalen Schicht vorgeschlagen. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Turbinenschaufel handeln, auf die eine erfindungsgemässe funktionale Schicht als Anstreifschicht oder Einlaufschicht aufgebracht ist.The invention also proposes a substrate with such a functional layer. This may be, for example, a turbine blade to which a functional layer according to the invention is applied as a squish layer or enema layer.
Das erfindungsgemässe Verfahren und das erfindungsgemässe Beschichtungsmaterial können insbesondere Verwendung finden zur Herstellung von Anstreifschichten, Einlaufschichten, Dichtungen, Lagern, Verbindungs- oder Füllmaterial.The process according to the invention and the coating material according to the invention can be used in particular for Production of rubbing layers, running-in layers, seals, bearings, joining or filling material.
Weitere vorteilhafte Massnahmen und bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.Further advantageous measures and preferred embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und anhand der Zeichnung näher erläutert. In der schematischen Zeichnung zeigen teilweise im Schnitt:
- Fig. 1
- eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemässen Verfahrens,
- Fig. 2
- eine schematische Darstellung eines Partikels eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemässen Beschichtungsmaterials,
- Fig. 3
- eine schematische Darstellung eines Partikels eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemässen Beschichtungsmaterials, und
- Fig. 4
- eine schematische Darstellung eines Partikels eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemässen Beschichtungsmaterials.
- Fig. 1
- a schematic representation of an embodiment of the inventive method,
- Fig. 2
- a schematic representation of a particle of a first embodiment of the inventive coating material,
- Fig. 3
- a schematic representation of a particle of a second embodiment of the inventive coating material, and
- Fig. 4
- a schematic representation of a particle of a third embodiment of the inventive coating material.
Die Funktion der funktionalen Schicht 1 kann dabei beispielsweise sein: Erhöhung der Verschleiss-, Abrasions-, Erosionsbeständigkeit, Dichtung, Verbindung von Teilen oder Materialien, Schallschutz, Wärmeschutz, Änderung der elektrischen oder der Wärmeleitfähigkeit, Erzeugen von Anstreif- oder Einlaufschichten, usw.The function of the
Das erfindungsgemässe Verfahren umfasst zwei Schritte 100, 200. In dem ersten Schritt 100 wird ein schäumbares Beschichtungsmaterial 3, das ein Metallpulver mit einem Treibmittel umfasst, in Form einer Schicht 1' auf das Substrat 2 aufgebracht. Auf mögliche Verfahren zur Herstellung des Beschichtungsmaterials 3, welches bei diesem Ausführungsbeispiel in Pulverform mit Partikeln 31 vorliegt, wird weiter hinten eingegangen.The method according to the invention comprises two
Im zweiten Schritt wird die Schicht 1' durch Wärmeeintrag, der in
Bei dem in
Thermische Spritzprozesse sind beispielsweise alle Formen des Plasmaspritzens, Flammspritzen, HVOF-Verfahren. Desweiteren sind auch solche Spritzprozesse bekannt, bei welchen das Prozessgas im Vergleich zum klassischen Plasmaspritzen "kalt" ist, beispielsweise höchstens einige hundert Kelvin, sodass die Partikel im Gasstrom nicht aufgeschmolzen werden und aufgrund ihrer kinetischen Energie am Substrat anhaften. Diese in der Literatur als Kaltgasspritzen oder kinetisches Gasspritzen bezeichnete Prozesse sowie Hybrid-Prozesse (Plasma-Kaltgas-Spritzen) sollen im Rahmen dieser Anmeldung auch von dem Begriff "thermisches Spritzen" umfasst sein bzw, mit dem Begriff "thermisches Spritzen" gemeint sein.Thermal spraying processes are, for example, all forms of plasma spraying, flame spraying, HVOF processes. Furthermore, also such injection processes are known in which the process gas compared to the classic plasma spraying is "cold", for example at most a few hundred Kelvin, so that the particles are not melted in the gas stream and adhere to the substrate due to their kinetic energy. These processes, referred to in the literature as cold gas spraying or kinetic gas spraying, and hybrid processes (plasma cold gas spraying) are also to be encompassed by the term "thermal spraying" within the scope of this application, or by the term "thermal spraying".
Bei dem in
Es ist eine Spritzvorrichtung 5 vorgesehen, mit der ein Prozessstrahl 6 generierbar ist, mit welchem das Substrat 2 beschichtet wird. Im Falle des Plasmaspritzens umfasst die Spritzvorrichtung 5 einen nicht dargestellten Plasmabrenner, im Falle des kinetischen Spritzens eine nicht dargestellte Kaltgas-Spritzeinrichtung,A spray device 5 is provided with which a process jet 6 can be generated, with which the
In an sich bekannter Weise wird mit der Spritzvorrichtung 3 aus dem Beschichtungssmaterial M, einem Prozessgas oder einem Prozessgasgemisch G und gegebenenfalls elektrischer Energie E der Prozessstrahl 6 erzeugt. Die Einspeisung dieser Komponenten E, G und Beschichtungsmaterial 3 ist in
Im Falle des Plasmaspritzens dient die elektrische Energie E dazu, das Plasma zu generieren. Im Falle des Kaltgas-Spritzens wird üblicherweise die elektrische Energie E dazu genutzt, das Prozessgas G zu heizen. Dabei ist jedoch im typischen Kaltgas-Spritzprozess die Temperatur des Prozessgases G deutlich geringer als im Plasmaspritzprozess und beträgt in der Regel höchstens einige hundert und bis zu 1000 °C.In the case of plasma spraying, the electrical energy E serves to generate the plasma. In the case of cold gas injection, the electrical energy E is usually used to heat the process gas G. However, in the typical cold gas injection process, the temperature of the process gas G is significantly lower than in the plasma spraying process and is usually at most a few hundred and up to 1000 ° C.
Das Beschichtungsmaterial 3 umfasst sowohl ein Metallpulver als auch ein Treibmittel. Das Metallpulver und das Treibmittel können in Form einer Mischung vorliegen. Beispielsweise können sowohl das Metall als auch das Treibmittel in Pulverform vorliegen. Das Beschichtungsmaterial 3 kann dann eine mechanische Mischung des Metallpulvers und des Treibmittels sein. Im ersten Schritt 100 wird dann eine kompaktierte Schicht aus Metallpulver und Treibmittelpulver auf dem Substrat 2 generiert. Es ist aber auch möglich, dass das Beschichtungsmaterial ein Metallpulver mit einem darin eingelagerten Treibmittel ist.The coating material 3 comprises both a metal powder and a blowing agent. The metal powder and the blowing agent may be in the form of a mixture. For example, both the metal and the blowing agent may be in powder form. The coating material 3 may then be a mechanical mixture of the metal powder and the propellant. In the first step 100, a compacted layer of metal powder and propellant powder is then generated on the
Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel enthalten - wie weiter hinten noch erläutert wird - die Partikel 31 sowohl das Metall als auch das Treibmittel. Als Treibmittel werden beispielsweise Metallhydride wie Lithiumhydrid oder Titanhydrid verwendet. Diese haben die Eigenschaft, dass sie sich oberhalb einer materialspezifischen Zersetzungstemperatur in das Metall und gasförmigen Wasserstoff zersetzen. Natürlich sind auch andere Treibmittel verwendbar wie beispielsweise Metallnitride oder Karbonate wie Natriumcarbonat (NaHCO3), Natriumbicarbonat, Kaliumcarbonat, Calziumkarbonat oder Hydrate wie Aluminiumhydroxid oder hoch stickstoffhaltige Verbindungen, die beispielsweise durch schnelles Erstarren einer übersättigten Schmelze generierbar sind. Wesentlich für das Treibmittel ist, dass durch Erhöhung der Temperatur ein Gas freigesetzt wird, welches das Metall aufschäumen kann.In the embodiment described here, as will be explained later, the
Der bei diesem Ausführungsbeispiel als erster Schritt 100 durchgeführte thermische Spritzprozess wird so durchgeführt, dass das Treibmittel dabei im wesentlichen kein Gas freisetzt. Das Treibmittel wird nicht über seine Zersetzungstemperatur erhitzt. Daher ist für den ersten Schritt 100 insbesondere das Kaltgas-Spritzen besonders geeignet, weil bei diesem der Wärmeeintrag in die Partikel während des Spritzprozesses deutlich geringer ist. Es ist für den Fachmann kein Problem, die Prozessparameter im Spritzprozess so einzustellen, dass während des Spritzens im wesentlichen kein Gas von dem Treibmittel freigesetzt wird.The thermal injection process carried out in this exemplary embodiment as the first step 100 is carried out in such a way that the blowing agent releases substantially no gas during this process. The propellant is not heated above its decomposition temperature. Therefore, for the first step 100 in particular the cold gas spraying is particularly suitable, because in this the heat input into the particles during the injection process is significantly lower. It is no problem for a person skilled in the art to adjust the process parameters in the injection process in such a way that substantially no gas is released from the propellant during the spraying.
Durch diese Massnahme wird die Schicht 1' auf dem Substrat 2 in nichtaufgeschäumten Zustand abgelagert.By this measure, the layer 1 'is deposited on the
Die Wahl des geeigneten Treibmittels hängt von dem Metall bzw. der Zusammensetzung der metallischen Komponente des Beschichtungsmaterials ab. Das Treibmittel wird so gewählt, dass seine Zersetzungstemperatur bzw. die Temperatur, oberhalb derer das Gas zum Aufschäumen freigesetzt wird, im Bereich der Schmelztemperatur der metallischen Komponente des Beschichtungsmaterials 3 liegt.The choice of suitable blowing agent depends on the metal or composition of the metallic component of the coating material. The blowing agent is chosen so that its decomposition temperature or the temperature above which the gas is liberated for foaming, is in the range of the melting temperature of the metallic component of the coating material 3.
Nachdem im ersten Schritt 100 die Schicht 1' auf das Substrat 2 aufgebracht wurde, erfolgt im zweiten Schritt 200 der Wärmeeintrag 4 zum Aufschäumen der Schicht 1'. Der Wärmeeintrag 4 kann auf verschiedene Weise erfolgen. Das Substrat 2 mit der Schicht 1' kann beispielsweise in einem Heizofen mit Wärme beaufschlagt werden, oder die Schicht 1' wird mit elektromagnetischer Strahlung beaufschlagt, vorzugsweise mittels Laserstrahlung. Ferner ist der Wärmeeintrag 4 mittels elektromagnetischer Induktion oder auch Mittels Plasmabehandlung möglich.After the layer 1 'has been applied to the
Durch den Wärmeeintrag 4 wird das Metall in dem Beschichtungsmaterial 3 bzw. in der Schicht 1' über seine Schmelztemperatur erwärmt und schmilzt. Das Treibmittel zersetzt sich, wodurch das Gas zum Aufschäumen des nun geschmolzenen Metalls der Schicht 1' freigesetzt wird. Dadurch wird die Schicht 1' in die als Metallschaum-Schicht ausgebildete funktionale Schicht 1 umgewandelt, die im untersten Teil der
Alternativ ist auch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Verfahrens möglich, bei welchem der erste Schritt 100 und der zweite Schritt 200 zumindest teilweise gleichzeitig oder simultan durchgeführt werden. In diesem Falle werden die Prozessparameter für das thermische Spritzverfahren, das hier vorzugsweise ein Plasmaspritzen ist, so durchgeführt, dass die Partikel 31 bereits im Prozessstrahl 6 plastifiziert oder aufgeschmolzen werden und das Treibmittel das Gas zum Aufschäumen der metallischen Komponente freisetzt. Folglich werden die Partikel 31 bereits im Prozessstrahl 6 auf ihrem Weg zum Substrat 2 zumindest teilweise aufgeschäumt oder "aufgeblasen" und bilden dann auf dem Substrat 2 die funktionale Metallschaum-Schicht 1, Der Wärmeeintrag 4 erolgt hier also durch den Prozessstrahl 6, beispielsweise durch die Energie des Plasmas bzw. des Prozessgases.Alternatively, an embodiment of the inventive method is possible in which the first step 100 and the
Natürlich sind diese beiden Ausführungsbeispiele auch kombinierbar, das heisst, das thermische Spritzverfahren wird so durch geführt, dass es zu einem zumindest teilweisen Aufschäumen der Partikel 31 im Prozessstrahl 6 kommt und anschliessend erfolgt ein zusätzlicher Wärmeeintrag 4 auf die auf dem Substrat 2 befindliche Schicht, um die Aufschäumung zu vervollständigen.Of course, these two embodiments can also be combined, that is, the thermal spraying process is performed so that it comes to an at least partial foaming of the
Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Verfahren wird im ersten Schritt die Schicht 1' mittels elektrophoretischer Deposition auf dem Substrat 2 erzeugt. Dazu wird das pulverförmige Beschichtungsmaterial mit Wasser oder einer anderen Flüssigkeit zu einem Schlicker bzw. einem Slurry verarbeitet. Mit diesem erfolgt die elektrophoretische Abscheidung der Schicht 1' auf dem Substrat 2, das während der Elektrophoretischen Deposition als eine der beiden Elektroden (Anode oder Kathode) geschaltet ist. Der zweite Schritt, nämlich das Aufschäumen der Schicht 1' zu der Metallschaum-Schicht 1 erfolgt in sinngemäss gleicher Weise wie bereits erläutert.In a further preferred embodiment of the method according to the invention, in the first step the layer 1 'is produced on the
Natürlich kann bei Varianten diese Ausführungsbeispiels der Schlicker anstelle durch elektrophoretische Deposition auch mittels anderer an sich bekannter Verfahren in Form einer Schicht auf das Substrat aufgebracht werden, beispielsweise mittels Spritzlackierens, mittels Auftragen - beispielsweise mit einem Pinsel. Prinzipiell sind alle an sich bekannten Verfahren zum Aufbringen einer Schicht auf ein Substrat für den ersten Schritt des erfindungsgemässen Verfahrens geeignet, auch Druckverfahren wie Siebdruck oder Aufwalzen. Vorzugsweise wird die Schicht 1' als gleichmässige Schicht aufgebracht.Of course, in variants, this embodiment of the slip instead of by electrophoretic deposition by other methods known per se in the form of a layer are applied to the substrate, for example by means of spray painting, by applying - for example with a brush. In principle, all processes known per se for applying a layer to a substrate are suitable for the first step of the process according to the invention, including printing processes such as screen printing or roll-coating. Preferably, the layer 1 'is applied as a uniform layer.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Beschichtungsmaterials, dass für die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens geeignet ist so wie ein derartiges Beschichtungsmaterial, was im Folgenden näher erläutert wird.The invention further relates to a process for producing a coating material which is suitable for carrying out the process according to the invention, such as such a coating material, which is explained in more detail below.
Das Beschichtungsmaterial 3 ist ein Pulver, welches ein Metallpulver mit einem darin eingelagerten Treibmittel zur Freisetzung eines Gases zwecks Aufschäumung der metallischen Komponente umfasst. Das pulverförmige Beschichtungsmaterial umfasst Partikel 31, die jeweils sowohl das Metall 32 (siehe z.B.
Je nach Herstellungsverfahren sind verschiedene Varianten für die Ausgestaltung der Partikel möglich. In den
Bei dem in
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäss
Bei dem dritten Ausführungsbeispiel, das in
Zur Herstellung des Beschichtungsmaterials 3 wird zunächst ein Metallpulver und ein dafür geeignetes Treibmittel ausgewählt. Beispiele für geeignete Treibmittel wie beispielsweise eine Metallhydridpulver sind bereits weiter vorne genannt worden. Das Metallpulver kann entweder ein elementares Metall wie Aluminium oder eine Legierung oder eine Mischung mehrerer Metalle sein.For the preparation of the coating material 3, a metal powder and a suitable blowing agent is first selected. Examples of suitable blowing agents, such as a metal hydride powder, have been mentioned earlier. The metal powder may be either an elemental metal such as aluminum or an alloy or a mixture of several metals.
Zunächst wird das Metall in Form eines Pulvers bereitgestellt, das eine vorgebbare Viskosität im geschmolzenen Zustand hat. Einerseits darf das Metall im flüssigen Zustand nicht so niederviskos sein, dass das von dem Treibmittel freigesetzte Gas, das Metall verlässt, ohne eine aufschäumende Wirkung auszuüben. Andererseits darf das Metall im flüssigen Zustand nicht zu hochviskos sein, weil sonst das Treibmittel das flüssige Metall nicht aufschäumen kann. Um die Viskosität des Metalles im geschmolzenen Zusatnd auf einen für das Aufschäumen richtigen Wert einzustellen, ist es bekannt dem Metall in der flüssigen Phase ein Keramikpulver beizumischen, um das Metall zu verdicken. Wenn die Viskosität des flüssigen Metalls den korrekten Wert hat, wird das Metall in an sich bekannter Weise zu einem Pulver verarbeitet.First, the metal is provided in the form of a powder having a predetermined viscosity in the molten state. On the one hand, the metal in the liquid state must not be so low in viscosity that the gas released by the blowing agent leaves the metal without exerting an intumescent effect. On the other hand, the metal must not be too viscous in the liquid state, because otherwise the blowing agent can not foam the liquid metal. In order to adjust the viscosity of the metal in the molten state to a value suitable for foaming, it is known to add a ceramic powder to the metal in the liquid phase to thicken the metal. When the viscosity of the liquid metal has the correct value, the metal is processed into a powder in a manner known per se.
Im nächsten Verfahrensschritt wird das metallische Pulver mit dem Treibmittel, das vorzugsweise auch in Pulverform vorliegt, vermischt. Dazu wird zunächst ein für das jeweilige Metallpulver geeignetes Treibmittel ausgewählt. Ein wesentliches Kriterium ist hierbei, dass die Zersetzungstemperatur des Treibmittels, also die Temperatur, bei welcher das Treibmittel das Gas zum Aufschäumen freigibt, im Bereich der Schmelztemperatur des metallischen Pulvers liegt.In the next process step, the metallic powder is mixed with the blowing agent, which is preferably also in powder form. For this purpose, a suitable for the respective metal powder blowing agent is first selected. An essential criterion here is that the Decay temperature of the blowing agent, ie the temperature at which the blowing agent releases the gas for foaming, is in the range of the melting temperature of the metallic powder.
Die Menge des Treibmittels wird entsprechend der gewünschten Porösität der zu erzeugenden Metallschaum-Schicht bestimmt. Der Anteil des Treibmittels beträgt aber höchstens fünf Gewichtsprozent (Gew.%). In der praxis hat es sich insbesondere bewährt, wenn der Anteil Treibmittel höchstens 2 Gew,% und insbesondere 0.1-1 Gew:% beträgt.The amount of blowing agent is determined according to the desired porosity of the metal foam layer to be produced. However, the proportion of blowing agent is at most five percent by weight (wt.%). In practice, it has proven particularly useful if the proportion of blowing agent is at most 2% by weight and in particular 0.1-1% by weight.
Das Treibmittel wird innig mit dem Metallpulver vermischt. Diese Mischung aus dem Treibmittel und dem metallischen Pulver wird nun zu dem Beschichtungsmaterial 3 verarbeitet, das als Pulver mit Partikeln vorliegt, wobei die einzelnen Partikel sowohl das Metall als auch das Treibmittel enthalten (siehe
Das in
Anschliessend kann noch eine Nachbearbeitung des pulverförmigen Beschichtungsmaterials erfolgen, beispielsweise um die einzelnen Partikel rund oder runder zu machen.Subsequently, a post-processing of the powdered coating material can take place, for example in order to round or round the individual particles.
Die Partikelgrösse der Partikel 31 beträgt beispielsweise 50 µm. Die notwendige bzw, geeignete Partikelgrösse der Partikel 31 richtet sich nach dem eingesetzten Beschichtungsverfahren bzw. der eingesetzten Beschichtungsanlage. Beim thermischen Spritzen liegen die Partikelgrössen typischerweise zwischen 25 µm +/- 5 µm und 100 µm +/- 50 µm. Bei der elektrophoretischen Abscheidung sind deutlich feinere Partikel im Bereich von 5 µm und darunter notwendig, um ein zu schnelles Absetzen der Partikel zu verhindern.The particle size of the
Eine andere Variante für das Treibmittel besteht darin, dass man als Beschichtungsmaterial eine hoch stickstoffhaltige Verbindung beispielsweise einen hoch stickstoffhaltigen Stahl einsetzt, damit ist ein Stahl gemeint der maximal 4 Gew.% Stickstoff, vorzugsweise 1 - 3 Gew.% Stickstoff, enthält. Solche hoch stickstoffhaltigen Verbindungen haben im allgemeinen die Eigenschaft, dass sie beim Erwärmen den Stickstoff wieder in Gasform abgeben. Dieser bei Wärmeeintrag 4 abgegebene Stickstoff kann dann als Gas zum Aufschäumen dienen.Another variant for the blowing agent is that the coating material used is a highly nitrogen-containing compound, for example a steel containing a high nitrogen content, which means a steel which contains at most 4% by weight of nitrogen, preferably 1-3% by weight of nitrogen. Such high nitrogen-containing compounds generally have the property of releasing the nitrogen back into gaseous form upon heating. This discharged at
Da die Löslichkeit von Stickstoff in Stählen oberhalb etwa 1000°C deutlich zunimmt kann ein derartiges Beschichtungsmaterial hergestellt werden, in dem der Stahl bei über 1000 °C mit Stickstoff übersättigt wird. Anschliessend wird die Schmelze sehr rasch zum Erstarren gebracht.Since the solubility of nitrogen in steels above about 1000 ° C increases significantly, such a coating material can be prepared in which the steel is supersaturated at over 1000 ° C with nitrogen. Subsequently, the melt is very quickly solidified.
Wird dann ein derartiges hoch stickstoffhaltiges Beschichtungsmaterial als Schicht 1' aufgebracht, kann die Schicht durch Wärmeeintrag 4 mit dem im Beschichtungsmaterial vorhandenen Stickstoff aufgeschäumt werden.If such a high nitrogen-containing coating material is then applied as layer 1 ', the layer can be foamed by
Metallschaum-Schichten, die aus hoch stickstoffhaltigen Stahl hergestellt werden, haben sehr gute mechanische Eigenschaften und bieten einen hohen Korrosionsschutz.Metal foam layers made of high nitrogen steel have very good mechanical properties and provide high corrosion protection.
Die erfindungsgemäss hergestellte funktionale Schicht, die als Metallschaum-Schicht ausgestaltet ist, kann kann auf vielfälltige Art eingesetzt werden. Im Folgenden sollen nur einige Verwendungen des erfindungsgemässen Verfahrens zur Herstellung einer funktionalen Schicht bzw. des erfindungsgemässen Beschichtungsmaterials genannt werden: Herstellung von Korrosionsschutzschichten, Hartbeschichtungen, Anstreifschichten und Einlaufschichten, z. B. auf Komponenten von Turbinen wie Turbinenschaufeln oder Segmenten mit mehreren Turbinenschaufeln, Herstellung von Dichtungen, Lagern, Gleitlagern, VerbindungsmaterialThe functional layer produced according to the invention, which is designed as a metal foam layer, can be used in a variety of ways. In the following, only a few uses of the process according to the invention for producing a functional layer or of the coating material according to the invention are to be mentioned: Preparation of anticorrosive layers, hard coatings, abradable layers and enema layers, eg. As components of turbines such as turbine blades or segments with multiple turbine blades, production of seals, bearings, plain bearings, connecting material
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