[0001] Die Erfindung betrifft eine Schutzschicht für Oberflächen von metallischen Textilmaschinenteilen,
insbesondere Spinnmaschinenteilen, welche Schutzschicht aus in eine metallische Matrix
eingebetteten Keramikpartikeln von mindestens zwei verschiedenen, nichtmetallischen
Elementen besteht.
[0002] Bei der Aufbereitung von Garnen zu Fäden sind einige Bauteile, z.B. Rotoren oder
Auflösewalzen von Spinnmaschinen, einem erheblichen Verschleiss ausgesetzt. Es ist
daher bekannt, die Oberfläche derartiger Teile mit einer keramischen Hartstoff-Beschichtung
zu versehen (siehe z.B. A. Inzenhofer "Das CVD-Verfahren", Teil 2, "technik heute"
3-1986, S. 38/39).
[0003] In der Praxis haben sich Abrasionsbeständigkeit und mechanische Belastbarkeit der
mit bekannten Beschichtungen versehenen Textilmaschinenteile als ungenügend erwiesen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, für die hochbelasteten Bauteile von Textilmaschinen
eine Schutzschicht zu schaffen, die den Anforderungen hinsichtlich Abrasionsbeständigkeit
besser entspricht als die bekannten Schutzschichten.
[0004] Diese Aufgabe wird mit der Erfindung dadurch gelöst, dass die einen Hartpartikeln
aus einer karbidischen und die anderen aus einer oxidischen Phase bestehen.
[0005] Während die karbidische Phase in bekannter Weise vor allem eine hohe Abrasionsbeständigkeit
gewährleistet, verbessert die oxidische Phase in erster Linie die Gleiteigenschaften
zwischen dem textilen Garn und dem Bauteil. Sie weist daneben jedoch ebenfalls eine
hohe Abrasionsbeständigkeit auf. Durch ihre Einbettung in die metallische Phase können
die Nachteile der geringen Zähigkeit von oxidischen Hartstoffen weitgehend kompensiert
werden. Diese Einbettung sowie die Haftfestigkeit der Schutzschicht auf dem Bauteil
oder Substrat können verbessert werden, wenn die oxidischen Partikeln während des
Beschichtungsprozesses nach dem HVC(Hochgeschwindigkeitsflammspritz)-Verfahren erzeugt
worden sind.
[0006] Das HVC-Verfahren ist ein in den letzten Jahren entwikkeltes Flammspritzverfahren,
bei dem die Spritzpartikel Geschwindigkeiten erreichen, die über der Schallgeschwindigkeit
liegen (Sulzer Technische Rundschau (STR) 4/1988, Seite 4-10).
[0007] Als Metallmatrix für die Beschichtung haben sich Nickel- oder Kobaltbasis-Legierungen
bewährt, die als Legierungskomponenten mindestens Chrom enthalten. Die karbidische
Phase besteht bevorzugt aus Wolframkarbiden, die vorteilhafterweise zumindestens
70 % aus Wolframkarbid (WC) bestehen.
[0008] Es ist jedoch auch möglich, bei der karbidischen Phase, die bevorzugt 50 bis 90 Gew.%
der Beschichtung "darstellt", die Wolframkarbide mindestens teilweise durch Karbide
der Metalle Titan (Ti), Tantal (Ta), Vanadium (Va) und/oder Niob (Nb) zu ersetzen.
[0009] Der oxidische Bestandteil der Schutzschicht, der bis zu 5 Gew.% ausmacht, liegt bevorzugt
in der Form von Chromoxiden, insbesondere als Chromoxid (Cr₂O₃), vor. Der Anteil
der oxidischen Phase kann dabei durch geeignete Wahl der Gasparameter - insbesondere
des Verhältnisses zwischen Sauerstoff und Brenngas in dem Flammspritz-Strahl - für
das HVC-Verfahren variiert werden. Als Brenngase dienen in erster Linie Propan (C₃H₈),
Propylen (C₃H₆) oder Wasserstoff (H₂).
[0010] In experimentellen Untersuchungen hat sich besonders eine Schutzschicht bewährt,
in der die Schutzschicht aus einer Kobalt/Chrom-Legierung als metallischer Matrix
und aus Wolframkarbid (WC) als karbidischer, sowie Chromoxid (Cr₂O₃) als oxidischer
Phase besteht.
[0011] Ein Kriterium für eine hohe Abrasionsbeständigkeit der Schutzschicht bildet ihre
Oberflächenrauhigkeit; für die Lösung der eingangs geschilderten Aufgabe haben sich
dabei Schutzschichten der genannten Art als günstig erwiesen, deren arithmetischer
Mittenrauhwert (Ra) im gespritzten Zustand zwischen 1,5 und 7 µm beträgt und in einem
Streübereich von ± 1 µm liegt. Die gewünschten Mittenrauhwerte können dabei in gewissem
Umfang durch geeignete Auswahl der Korngrösse des Spritzpulvers gezielt beeinflusst
werden.
[0012] Als Substrate dienen metallische Werkstoffe auf Eisen-, Aluminium-, Kupfer- oder
Titanbasis.
[0013] Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert;
in diesem soll eine sogenannte Auflösewalze einer Spinnmaschine mindestens auf Teilen
ihrer Oberfläche beschichtet werden.
[0014] Um die Haftfestigkeit der Schicht auf dem Substrat, das in diesem Fall aus gehärtetem
Stahl besteht, zu erhöhen, wird die zu beschichtende Oberfläche zunächst mit Hilfe
von Lösungsmitteln entfettet und anschliessend mit körnigem Material aus Aluminiumoxid
(Korund, Al₂O₃) sandgestrahlt. Die Korngrösse des Al₂O₃ liegt beispielsweise zwischen
0,12 und 0,25 mm. Das Substrat hat einen Abstand von etwa 100 mm von der Sandstrahlquelle,
die die Körner mit einem Druck von etwa 3 bar beschleunigt.
[0015] Als Spritzpulver wird im Handel erhältliches plasmaagglomeriertes Pulver oder gebrochenes
oder gemahlenes Sinterpulver verwendet, welches in Gew.% aus
86 % Wolframkarbid (WC) und
14 % der Kobaltbasislegierung CoCr 30
besteht.
[0016] Wie bereits erwähnt, richtet sich die Korngrössenverteilung des Spritzpulvers nach
der angestrebten Oberflächenrauhigkeit der mit einer Schutzschicht versehenen Oberfläche
im gespritzten Zustand.
[0017] Nachstehend sei der Zusammenhang der Korngrössenverteilung des Spritzpulvers mit
dem arithmetischen Mittenrauhwert Ra der gespritzten Schicht wiedergegeben, wobei
für das Aufbringen der Schutzschicht die später beschriebenen Parameter verwendet
worden sind.
Korngrösse in µm |
Ra-Wert in µm (gemessen über eine Länge von 1,5 mm) |
+ 15 - 60 |
5 - 7 |
+ 5 - 45 |
3 - 5 |
+ 5 - 25 |
2 - 3 |
+ 5 - 12 |
1,5 - 2 |
[0018] Das Aufbringen der Schicht erfolgt in einer Anlage, wie sie in dem erwähnten Artikel
aus STR 4/88 gezeigt ist. Für ein Pulver der Fraktion + 5 -25 µm wird dabei ein Brenngasstrom
aus
60 l/min Propan und
500 l/min Sauerstoff
eingesetzt, dem als Trägergas 20 l/min Stickstoff beigemischt ist.
[0019] Das Pulver wird in einer Menge von 14 g/min in den Gasstrahl eingebracht, wobei
Geschwindigkeiten zwischen Substrat und pulvertragendem Gasstrahl von 30-60 m/min
und Temperaturen von 2900
o C erreicht werden. Der Abstand zwischen Spritzanlage und Substrat beträgt etwa 250
mm.
[0020] Der Spritzvorgang, bei dem die Spritzpistole von einem Roboter gesteuert die zu beschichtende
Oberfläche zeilenweise überstreicht, wird aufrechterhalten bis eine Schichtdicke
von 20-50 µm erreicht ist.
[0021] Wie nachträgliche Analysen gezeigt haben, besteht die Schicht im wesentlichen aus
einer metallischen Matrix aus Co,Cr-Mischkristallen, in die etwa 80 Gew.% Wolframkarbide
und 5 Gew.% Chromoxide eingelagert sind; bei den Wolframkarbiden hat dabei WC einen
Anteil von etwa 72 %, während die Chromoxide, die sich - wie bei metallographischen
Prüfungen oder durch Röntgen-Feinstrukturanalysen aufgrund der Verteilung der Phasen
festgestellt werden kann - während des Beschichtungsprozesses gebildet haben, allein
als Cr₂O₃ vorliegen.
[0022] Die Ra-Werte der Schutzschicht im gespritzen Zustand betragen im vorliegenden Fall
1,5 - 2,0 µm. Die Schichten weisen eine hohe Haftfestigkeit auf.
1. Schutzschicht für Oberflächen von metallischen Textilmaschinenteilen, insbesondere
Spinnmaschinenteilen, welche Schutzschicht aus in eine metallische Matrix eingebetteten
Keramikpartikeln von mindestens zwei verschiedenen, nichtmetallischen Elementen auf
einem metallischen Substrat besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die einen Hartpartikeln
aus einer karbidischen und die anderen aus einer oxidischen Phase bestehen.
2. Schutzschicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die oxidischen Partikeln
während des Beschichtungsprozesses nach dem HVC(Hochgeschwindigkeitsflammspritz)-Verfahren
erzeugt worden sind.
3. Schutzschicht nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallmatrix
aus einer mindestens Chrom enthaltenden Nickel- oder Kobalt-Basislegierung besteht.
4. Beschichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die
karbidische Phase aus Wolframkarbiden besteht.
5. Schutzschicht nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wolframkarbide
zu mindestens 70 % aus Wolframkarbid (WC) bestehen.
6. Schutzschicht nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass Wolframkarbide
mindestens teilweise durch Karbide der Metalle Titan, Tantal, Vanadium und/oder Niob
ersetzt sind.
7. Schutzschicht einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht
50 bis 90 Gew.% an karbidischer Phase enthält.
8. Schutzschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die
oxidische Phase aus Chromoxiden besteht.
9. Schutzschicht nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht bis
zu 5 Gew.% an Chromoxiden enthält.
10. Schutzschicht nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass
die Schutzschicht aus einer Kobalt/Chrom-Legierung als metallischer Matrix und aus
Wolframkarbid (WC) als karbidischer, sowie Chromoxid (Cr₂O₃) als oxidischer Phase
besteht.
11. Schutzschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass
der arithmetische Mittenrauhwert Ra der Schutzschicht im gespritzten Zustand zwischen 1,5 und 7 µm beträgt und in einem
Streübereich von ± 1 µm liegt.