Verfahren zum Glätten einer Spritzschicht und geglättete Spritzschicht

Abstract

 Ein Verfahren zum Glätten einer auf ein Werkstück aus einem Grundmaterial (1) aufgebrachten rauhen Plasma­spritzschicht (2) ist dadurch gekennzeichnet, daß die Spritzschicht (2) mit einer Deckschicht (3) aus einem einebnenden, gut auf der Spritzschicht haftenden Mate­rial überzogen wird. Mit einer derart geglätteten Spritzschicht (2), die ebenfalls Gegenstand der Erfin­dung ist, entfällt ein Abtragen von störendem Rauheits­spritzen der Spritzschicht vor deren Einsatz.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Glätten einer auf ein Werkstück aus einem Grundmaterial aufge­brachten rauhen Spritzschicht, insbesondere Plasmaspritz­schicht, sowie auf eine derartige geglättete Spritzschicht.

[0002] Die thermische Spritztechnik, im besonderen das Plasma­spritzen, bietet die Möglichkeit, eine Vielzahl von ver­schleißfesten Stoffen, wie Oxide, Karbide, Boride, Nitride in reiner Form oder in Kombination mit metallischen Bindern wie Eisen, Nickel, Kobalt oder deren Legierungen, als so­genannte Cermete auf Maschinenteilen zwecks Standzeit- ­bzw. Lebensdauerverlängerung aufzubringen. Alle Spritz­schichten, auch Plasmaspritzschichten, welche unter Verwen­dung feinster Spritzpulver produziert wurden, weisen eine mehr oder weniger ausgeprägte Oberflächenrauheit auf, die durch eine scharfkantige Struktur gekennzeichnet ist.

[0003] Bei vielen Anwendungen von Spritzschichten als Ver­schleißschutz sind scharfkantige Oberflächenstrukturen unerwünscht, weil
- Schmutzteilchen sich in der zerklüfteten Oberfläche festsetzen können, die Oberfläche dadurch keine schmutzabweisenden Eigenschaften aufweist und schwer zu reinigen ist;
- im Kontakt mit faserförmigen Stoffen wie Papierfasern, Textilfasern oder daraus gefertigten Produkten wie Pa­pier, textile Gelege oder Gewebe, die mit der rauhen ge­spritzten Oberfläche in Berührung kommen, Teilchen an dieser haften bleiben und/oder Klumpen bilden kön­nen, was den Faserverarbeitungsprozess stören oder die Funktion des durch eine Spritzschicht geschützten Teiles beeinträchtigen kann;
- bei Faserverarbeitungsprozessen die Fasern durch die scharfkantigen Spitzen oder Spritzschicht beschädigt werden können;
- bei Reibvorgängen zwischen Faser bzw. Faserprodukten und Spritzschicht unerwünscht hohe Reibwerte auftre­ten bzw. die Faserprodukte durch Herausreißen einzel­ner Fasern beschädigt werden können, weil sich die Fasern an den scharfkantigen Spitzen der Spritzschicht verhaken.

[0004] Aus einem oder mehreren der genannten Gründe ist eine Bearbeitung gespritzter Schutzschichten notwendig mit dem Ziel, die scharfkantigen Spitzen der Spritzschicht zu ver­runden und den Rauheitswert der Spritzschicht zu senken. Die Bearbeitung kann durch Schleifen, Bürsten, Scheuern, Läppen, Polieren oder ähnliche Prozesse erfolgen, welche mehr oder weniger Material der Spritzschicht abtragen. Bei komplexen Formen werden bevorzugt Scheuer- oder Bürsten­prozesse eingesetzt, welche den Nachteil haben, an Kan­ten, Spitzen oder konvexen Flächen des gespritzten Teiles mehr Material abzutragen als an ebenen oder konkaven Flä­chen. Dies ist besonders in jenen Fällen mit Nachteilen behaftet, bei welchen die bevorzugt geglätteten Stellen auch im Betrieb stark beansprucht sind und deshalb ja durch die Spritzschicht geschützt werden sollen.

[0005] Erfahrungsgemäß ist die Spritzschicht an scharfen Kanten und Spitzen immer dünner als an ebenen Flächen. Durch nachträgliche Bearbeitung zum Zwecke der Oberflächenglät­tung wird die Spritzschicht gerade an jenen Stellen mit der höchsten Betriebsbeanspruchung und folglich mit dem größten Schutzbedürfnis unnötigerweise zusätzlich ge­schwächt.

[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bzw. eine geglättete Spritzschicht der eingangs beschrie­benen Art zu schaffen, bei dem die Oberfläche der Spritz­schicht geglättet wird, ohne daß die Spritzschicht durch aufwendige, schlecht kontrollierbare und nicht reproduzierbare Bearbeitungsprozesse nachträglich geglättet werden muß. Insbesondere soll die auf ein Werkstück aufgebrachte Plas­maspritzschicht derart eingeebnet werden, daß ihre Rau­heitswerte soweit herabgesetzt werden, daß ein Einsatz der Plasmaspritzschichten ohne mechanische Nachbearbeitung wie Schleifen, Polieren, Bürsten, Trovalisieren usw. möglich ist.

[0007] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die auf ein Werkstück aufgebrachte rauhe Spritzschicht, insbe­sondere Plasmaspritzschicht, mit einer Deckschicht aus einem einebnenden, gut auf der Spritzschicht haftenden Ma­terial aus der Gruppe Ni, Cu, Fe, Rh, Pd, Au, Ag, Sn, Zn, Cd, Pb, Cr oder deren galvanisch abscheidbare Legierungen in einer Schichtdicke von etwa 5 bis 25 µm überzogen wird.

[0008] In der derart geglätteten Oberfläche der rauhen Spritz­schicht sind störende Rauheitsspitzen geglättet. Das einebnende Material der Deckschicht derart behandelter Werkstücke wird im Betrieb nach und nach abgetragen, so daß die Spritzschicht an den Rauheitsspitzen allmählich freigelegt wird und ihre Funktion als Verschleißschutz übernehmen kann.

[0009] Die Deckschicht muß einwandfrei auf der Spritzschicht haften und darf sich im Betrieb nicht zu rasch abtragen, so daß sich die freigelegten Rauheitsspitzen durch be­triebsbedingten Verschleiß auch abzurunden vermögen, ehe sie größten Teils freigelegt sind. Die Spritzschicht muß die an ihre Oberfläche gestellten Anforderungen bezüglich Faden-/Faserfreundlichkeit bzw. Schmutzabweisung erfüllen.

[0010] Ein besonderer Vorteil einer erfindungsgemäß behandelten Spritzschicht besteht in einem höheren Korrosionsschutz des Werkstückes durch die Spritzschicht, da die für Spritz­schichten charakteristische Porosität von einigen Prozenten durch die einebnende Schicht versiegelt wird, so daß die Gefahr einer Unterkorrosion der Spritzschicht durch pene­trierende Chemikalien stark reduziert ist.

[0011] Vorteilhaft wird das einebnende Material der Deckschicht durch galvanisches und/oder stromlos chemisches Abscheiden auf der Spritzschicht aufgebracht. Die geglättete Spritz­schicht gemäß der Erfindung weist dann eine auf sie auf­gebrachte Deckschicht aus einem einebnenden, gut auf der Spritzschicht haftenden Material, wie es vorstehend ge­nannt ist, auf.

[0012] Die Deckschicht wird zweckmäßig auf ein Grundamterial aus Fe, Fe-Legieurngen, nichtrostenden Stählen, Leichtmetallen, Buntmetallen oder Kunststoffen aufge­bracht.

[0013] Im weiteren ist es vorteilhaft, auf die Spritzschicht, d.h. zwischen Spritzschicht und Deckschicht, eine dün­ne Zwischenschicht galvanisch oder chemisch abzuschei­den, und auf diese die Deckschicht aus einebnendem Material aufzubringen.

[0014] Als Material für die Zwischenschicht findet zweckmäßig ein Metall, vorzugsweise Ni oder Cu Verwendung.

[0015] Die Erfindung umfaßt außerdem eine geglättete, auf ein Werkstück auf einem Grundmaterial aufgebrachte Spritz­schicht, wie sie bei dem vorstehend genannten Ver­fahren erhalten wird.

[0016] Die Erfindung ist im folgenden an Ausführungsbeispie­len anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Plasmaspritz­schicht,

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine mit einer eineb­nenden Deckschicht versehene Spritzschicht,

Fig. 3 die Oberfläche einer mit einer einebnenden Deckschicht versehenen Spritzschicht nach Frei­legung der Spritzschichtspitzen durch betriebs­bedingten Materialabtrag im Querschnitt.

[0017] Der Querschnitt durch eine Oberfläche eines Werkstückes ist in der Fig. 1 dargestellt. Das Grundmaterial kann Eisen, Eisenlegierungen, Aluminium, Aluminiumlegierungen, Leichtmetalle, nichtrostende Stähle, Buntmetalle und Kunstoffe umfassen. Das fertig bearbeitete Werkstück wird gereinigt und die Oberfläche durch Strahlen aufgerauht. Anschließend wird mit einer im Handel erhältlichen Plas­maspritzanlage eine elektrisch leitende Plasmaspritz­schicht aus z.B. Cermet oder Metall aufgebracht. Die Schichtstärken sind von der Geometrie des zu beschichten­den Teiles und vom verwendeten Plasmaspritzpulver abhän­gig. Die Schichtstärke beträgt im Normalfall 20 bis 300 µm. Die Rauheitswerte der Plasmaspritzschicht 2 liegen je nach Pulvergröße, Schichtstärke und Werkstückgeometrie zwischen 16 µm bis 30 µm (Rauhtiefe R_t).

[0018] Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch die Oberfläche, nach­dem eine Reinigung der Plasmaspritzschicht 2 und anschlie­ßend die Aufbringung einer im Handel erhältlichen galvani­schen und/oder stromlos chemisch abgeschiedenen Deckschicht 3 aus beispielsweise Ni erfolgt sind. Mit einer Schicht­dicke von 5 bis 25 µm erfolgt eine Einebnung der Plasma­spritzschicht 2 um etwa 6 bis 25 µm R_t Als galvanisch ab­geschiedene Metalle kommen in Frage: Nickel, Kupfer, Ei­sen, Rhodium, Palladium, Gold, Silber, Zinn, Zink, Cad­ mium, Blei, Chrom und deren galvanisch abscheidbaren Legierungen.

[0019] Elektrisch leitende Spritzschichten können durch galvani­sche Abscheidung eines geeigneten Metalles überzogen wer­den. Die Dicke der Spritzschicht richtet sich sowohl nach der Rauhtiefe der Spritzschicht als auch nach der eineb­nenden Wirkung des galvanisch abgeschiedenen Überzugs.

[0020] Elektrisch nichtleitende oder isolierende Spritzschichten können entweder durch außenstromlose Metallabscheidung überzogen und dadurch geglättet werden, vorausgesetzt, daß das abgeschiedene Metall eine genügende einebnende Wirkung hat. Dazu eignen sich u.a. Nickel und Kupfer.

[0021] Elektrisch isolierende Spritzschichten wie solche aus oxidischer Keramik, wie sie als Verschleißschutz für Textilmaschinen verwendet werden, werden durch außen­stromlose Abscheidung einer dünnen Metallschicht, z.B. aus Nickel, zuerst elektrisch leitend gemacht und an­schließend wie elektrisch leitende Spritzschichten galva­nisch beschichtet.

[0022] In Fig. 3 ist ein Querschnitt durch die Oberfläche dar­gestellt, nachdem das einebnende Material der Deckschicht 3 im Betrieb allmählich abgetragen worden ist, so daß die Spritzschicht an den Rauhspitzen freigelegt ist und ihre Funktion als Verschleißschutz wieder gewährleistet ist. Dadurch wird erreicht, daß die schwer zu bearbeitende Spritzschicht nicht unter Schichtdickungsverlust und zu­sätzlichem Arbeitsaufwand abgetragen werden muß, um einen für den Betrieb genügenden, günstigen oder optimalen Ober­flächenzustand zu erzielen.

Ansprüche

1. Verfahren zum Glätten einer auf ein Werkstück aufge­brachten rauhen Spritzschicht, insbesondere Plasma­spritzschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Spritzschicht mit einer Deckschicht aus einem einebnenden, gut auf der Spritzschicht haftenden Mate­rial aus der Gruppe Ni, Cu, Fe, Rh, Pd, Au, Ag, Sn, Zn, Cd, Pb, Cr oder deren galvanisch abscheidbare Legierungen in einer Schichtdicke von etwa 5 bis 25 µm überzogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­zeichnet, daß das Material der Deckschicht durch galvanisches und/oder stromlos chemisches Ab­scheiden auf der Spritzschicht aufgebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­kennzeichnet, daß die Deckschicht auf ein Grundmaterial aus Fe, Fe-Legierungen, nichtrostenden Stählen, Leichtmetallen, Buntmetallen oder Kunst­stoffen aufgebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch ge­kennzeichnet, daß auf die Spritzschicht eine dünne Zwischenschicht galvanisch oder chemisch abgeschieden und auf diese die Deckschicht aufgebracht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch ge­kennzeichnet, daß als Material für die Zwischenschicht ein Metall, vorzugsweise Ni oder Cu, verwendet wird.

6. Geglättete, auf ein Werkstück aus einem Grundmaterial aufgebrachte Spritzschicht, insbesondere Plasma­spritzschicht, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Spritzschicht eine Deckschicht aus einem einebnenden, gut auf der Spritzschicht haftenden Mate­rial aus der Gruppe Ni, Cu, Fe, Rh, Pd, Au, Ag, Sn, Zn, Cd, Pb, Cr oder deren galvanisch abscheidbare Legierungen in einer Schichtdicke von etwa 5 bis 25 µm aufgebracht ist.

7. Geglättete Spritzschicht nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Spritz­schicht und Deckschicht eine dünne Zwischenschicht aufgebracht ist.

8. Geglättete Spritzschicht nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht aus Ni oder Cu besteht.

Zeichnung