METHOD OF SEALING A POROUS COATING

Abstract: 1. A method of surface treatment of a porous coating applied to a workpiece, in which the coating gets soaked with a plastics which seals the pores, characterized in that the workpiece is a highly abrasion-resistant machine part, that the workpiece first of all gets provided by the plasma spray method with a coating of a hard substance such as aluminium oxide, tungsten carbide or chromium, that then for the soaking a crosslinkable plastics or varnish is employed, that the plastics at least in the region pointing outwards is hardened by electron radiation and in particular is cross-linked, and that subsequently the surface directly after the cross-linking gets further processed and in particular is ground.

Description: Verfahren zum Versiegeln einer porösen Beschichtung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Versiegeln einer im Plasmasprühverfahren auf einen Körper aufgebrachten porösen Beschichtung aus Hartstoff, wie Aluminiumoxid, Wolframcarbid, Chrom. Es ist bekannt, metallische Gegenstände, die eine sehr hohe Widerstandsfähigkeit gegen Abrieb aufweisen müssen, im Plasma sprühverfahren mit einer Beschichtung aus einem Hartstoff zu versehen, wobei als Eartstoffe u.a. geeignete Metalle, Cxide und Carbide in Frage kommen. Das Beschichtune:smaterial wird der Plasmasprühdüse in Form eines Pulvers zugeführt, im Plasmastrahl an der Oberfläche der einzelnen Körner geschmolzen und gelangt so zu der zu beschichtenden Oberfläche, wo der Hartstoff einen mehr oder weniger porösen ueberzug bildet. Die in dieser Beschichtung enthaltenen Hohlräume sind im allgemeinen zu einem mehr oder weniger grossen Teil Kapillaren. Während die Widerstandsfähigkeit metallischer Körper, die in dieser Weise beschichtet worden sind, gegen rein mechanische Abnutzung in der Regel gut ist, ist die Widerstandsfähigkeit gegen chemische Angriffe häufig ungenügend, denn es können durch die Hohlräume der Beschichtung beispielsweise Sauren bis zu dem metallischen Körper gelangen, diesen angreifen und dadurch ein Ablösen der Beschichtung verursachen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Hohlräume in der Beschichtung zu schliessen, so dass chemisch aggresive Stoffe nicht bis zur Oberfläche des metallischen Körpers gelangen können. Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass die Beschichtung mit einem flüssigen aushärtbaren, insbesondere vernetzbaren Kunststoff oder Lack getränkt wird und dass diese Kunststoffschicht bzw. Lackschicht zumindest in ihrem nach aussen weisenden Bereich durch Bestrahlung mit Elektronen vernetzt wird. Der Vorteil der Erfindung liegt darin, dass innerhalb der porösen Beschichtung eine vollkommen geschlossene Schicht des ausgehärteten, insbesondere vernetzten Kunststoffs oder Lacks geschaffen wird, die den Zutritt von Säuren oder sonstigen aggre siven Stoffen zur Oberfläche des metallischen Körpers bei geeigneter Auswahl des Kunststoffes mit Sicherheit verhindert. Es ist dabei nicht unbedingt erforderlich, dass die Kunststoff- oder Lackschicht, die im folgenden der Einfachheit halber lediglich als Kunststoffschicht bezeichnet wird, in inrer vollen Tiefe vernetzt wird, sondern es genügt, wenn das Vernetzen lediglich in einem äusseren Bereich erfolgt. Von Vorteil ist bei der Erfindung weiterhin, dass das Vernetzen mittels Elektronenbestrahlung sehr schnell erfolgen kann, bei Vorhandensein geeigneter Anlagen beispielsweise in wenigen Sekunden oder allenfalls wenigen Minuten, und dass eine merkliche Erwärmung der Kunststoffschicht und somit des die Beschichtung tragenden Körpers infolge der Elektronenbestrahlung nicht erfolgt. Es können daher auch gegen Temperaturerhöhungen empfindliche Körper mit dem erfindungsgemässen Verfahren behandelt werden. Wenn vorgesehen ist, den Körper nach dem Vernetzen einer Bearbeitung zu unterziehen, beispielsweise die beschichtete Oberfläche zu schleifen, so wird die Vernetzung so durchgeführt, dass die Vernetzung in der aufgebrachten Kunststoffschicht zumindest so tief reicht, dass bei der nachfolgenden Bearbeitung keine noch nicht vernetzten Bereiche der Kunststoffschicht erreicht werden. Da zumindest der äussere Bereich der Kunststoffschicht in äusserst kurzer Zeit vernetzt und somit trocken ist, können die beschichteten Körper unmittelbar nach der Elektronenbestrahlung weiter bearbeitet werden. Je nach der Art des beschichteten Gegenstands mag es dann ausreichend sein, wenn in der Tiefe vorhandene, noch nicht vernetzte Bereiche des Kunst stoffs unter dem Einfluss einer ausreichend hohen Umgebungstemperatur im Lauf der folgenden Tage oder Wochen noch vollständig vernetzen. Für den beabsichtigten Korrosionsschutz der metallischen Oberfläche des beschichteten Körpers ist es nicht unbedingt erforderlich, dass der Kunststoff überall bis zur metallischen Oberfläche vordringt. Da es jedoch für viele Fälle vorteilhaft ist, wenn die Kunststoffschicht möglichst tief in die poröse Beschichtung eindringt, ist gemäss einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der Körper vor dem Aufbringen des flüssigen Kunststoffes auf etwa 800C erwärmt wird, und dass der Kunststoff anschliessend auf den erwärmten Körper aufgebracht, insbesondere aufgesprüht wird. Durch das Erwärmen auf die verhältnismässig niedrige Temperatur von beispielsweise 800C, die auch von empfindlichen Körpern ohne Gefahr ausgehalten wird, wird die in den Hohlräumen der Hartstoffbeschichtung enthaltene Luft zu einem grossen Teil ausgetrieben und es wird daher das Eindringen des flüssigen Kunst stoffs bis in die Tiefe der porösen Schicht erleichtert. Der Kunststoff wird dabei aufgebracht, solange der Körper noch warm ist, so dass der flüssige Kunststoff bei der Abkühlung der in den Poren noch enthaltene Luft in tiefere Bereiche der porösen Schicht eindringen kann. Durch Aufsprühen kann die Menge des aufgebrachten flüssigen Kunststoffs besonders einfach den jeweiligen Erfordernissen angepasst werden. Vorteilhaft ist es, gemäss einer Ausführungsform der Erfindung einen flüssigen Kunststoff geringer Viskosität zu verwenden, vorzugsweise einen Kunststoff, der flüssiger als Wasser ist. Dadurch wird das Eindringen des Kunststoffs in die Hohlräume der Hartstoffbeschichtung erleichtert. Bei Ausführungsformen der Erfindung wird das Verfahren so angewandt, dass lediglich eine einzige Kunststoffbeschichtung vorgesehen wird, die dann im allgemeinen die gesamte Dicke der Hartstoffbeschichtung einnimmt. Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass die poröse Beschichtung zunächst nur in ihrem dem metallischen Körper benachbarten Bereich getränkt wird, und dass nsch dem Aushärten durch Elektronenbestrahlung der Körper wiederum mit einem Kunststoff getränkt wird, der ebenfalls durch Elektronenbestrahlung vernetzt wird. Es kann hierbei bei Ausführungsformen der Erfindung der gleiche Kunststoff verwendet sein, wenn in besonderen Fällen beispielsweise eine gewünschte Vernetzung bis in relativ grosse Tiefe nicht in einem einzigen Bestrahlungsvorgang erfolgen kann, weil die Kunststoffschicht hierzu zu dick ist; bei anderen Ausführungsformen der Erfindung sind jedoch unterschiedliche Kunststoffe verwendet. Insbesondere kann die äussere Kunststoffschicht so gewählt sein, dass sich ein besonders niedriger Reibungskoeffizient des Körpers ergibt; die äussere fertig vernetzte gunst- stoffschicht kann in diesem Falle insbesondere Polytetrafluoräthylen sein. Bei ebenen Werkstücken kann das Eindringen des Kunststoffes nur in den dem metallischen Körper benschbarten Bereich der porösen Beschichtung dadurch bewirkt werden, dass auf die poröse Schicht nur eine beschränkte zur Füllung der dem metallischen Körper benachbarten Kapillaren erforderliche Menge Kunststoff aufgebracht wird, der dann durch entsprechende Erwärmung in Folge der Schwerkraft nach unten sickert, wobei wegen der begrenzten Menge des flüssigen Kunststoff die oberen Bereiche vom Kunststoff wieder frei werden und nach dem Aushärten des eingebrachten Kunststoffes mit einem anderen Kunsstoff gefüllt werden können. Wo ein der srtiges Verfahren nicht möglich ist, kann die ganze Beschichtung mit einem bestimmten Kunststoff angefüllt werden und das Werkstück auf eine Temperatur erwärmt werden, bei der der flüssige Kunststoff aus dem ober flächennahen Bereich verdampft, wobei dann bei dieser Temperatur bereits eine Aushärtung des verbleibenden Kunststoffes erfolgen kann. In den durch Verdampfung des Kunststoffes frei gewordenen Bereich der porösen Schicht kann dann ein anderer Kunststoff eingebracht und durch Elektronenbestrahlung ausgehärtet werden. Um die Verdampfung des Kunststoffes an der Oberfläche zu erreichen, kann die Erwärmung so vorgenommen werden, dass sich dieser an der Oberfläche befindliche Bereich der Schicht stärker erwärmt als der dem metallischen Körper benachbarten Bereich der porösen Schicht. Ein wichtiger Vorteil der Erfindung liegt noch in folgendem: Muss ein mit Hartstoff beschichteter Körper, beispielsweise ein Zylinder einer Druckmaschine, zur Er z ielung einer ausreichend glatten Oberfläche geschliffen werden, so werden häufig ganze Körner des Beschichtungsstoffs aus der Beschichtung gerissen, so dass ein bestimmtes Mass der Rauhtiefe nicht unterschritten werden kann. Ist der Körper dagegen mit der erfindungsgemässen Versiegelung versehen, so hält die vernetzte Kunststoffschicht insbesondere dann, wenn sie bis in grössere Tiefen der Beschichtung reicht, die Körner der Hartstoffbeschichtung fest, so dass beim Schleifvorgang einzelne zu weit nach aussen ragende Körner teilweise abgetragen werden, wie dies erwünscht ist, aber nicht vollständig aus der Beschichtung herausgerissen werden. Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles beschrieben. Ein metallischer Körper, bei dem es sich im Ausführungsbeispiel um einen Druckzylinder einer Druckmaschine handelt, und der aus Stahl besteht und Abmessungen von 180 cm Länge und 85cm Durchmesser aufweist, wird im Plasmasprühverfahren mit einer Schicht aus Wolframkarbid überzogen. Diese Beschichtung hat eine Dicke von etwa 100 Fm. Das ?1asmasprühverfahren oder, wie es auch genannt wird, Plasmaspritzen, und die hierfür erforderlichen Vorrichtungen sind bekannt. Dabei wird ein Gas einem Lichtbogen-Plasmabrenner zugeführt und in dem Lichtbogen je nach Art des Gases dissoziiert und ionisiert. Kurz vor dem Düsenaustritt wird dem unter hoher Geschwindigkeit ausströmenden Plasma das pulverisierte Spritzgut, also der Hartstoff, mit Hilfe eines Trägergases zugeführt. Als Plasmagas wird häufig Argon verwendet. Anschliessend wird der mit der Hartstoffbeschichtung versehene Körper so erwärmt, dass die Temperatur des Körpers von innen nach aussen etwas sbnimmt. Die Erwärmung bewirkt, dass die in den Poren der Oberflächenschicht enthaltene Luft grossenteils entweicht. Hierauf wird der beschichtete Körper mit einem flüssigen Kunststoff besprüht, der unten näher angegeben ist. Dieser Kunststoff zieht, zumindest teilweise auch infolge von Kapillarwirkung, in die Poren der Beschichtung ein, nicht zuletzt deshalb, weil der flüssige Kunststoff unter weiterer Verflüssigung in die wärmeren Bereiche der Beschichtung, also nach innen, vordringt. Das Besprühen erfolgt unmittelbar nach dem Erwärmen des Werkstücks auf etwa 8000, damit die aus den Poren der Beschichtung ausgetretene Luft nicht inzwischen wieder eindringt. Anschliessend an das Besprühen wird das Werkstück durch Elektronen bestrahlt. Eine für eine derartige Bestrahlung geeignete Anlage wird von der Firma Otto Dürr Anlagenbau GmbH, D-7000 Stuttgart unter der Typenbezeichnung ESH 150 vertrieben. Diese Anlage erzeugt Elektronen mit einer Energie von 150 keV, dabei kann der zu bestrahlende Körper sich an der freien Atmosphäre befinden und wird lediglich zum Fernhalten des Sauerstoffs der Luft in dem Bereich, in dem die Elektronen auf den Körper auftreffen, mit einem geeigneten Inertgas gespült. Als Inertgas kommt beispielsweise Stickstoff in Frage. Von der genannten Anlage gibt es mehrere Aus führungsformen, die sich in der Breite des erzeugten Elektronenstrahls unterscheiden. Bei einer derartigen Anlage beträgt die Leistung des zum Bestrahlen zur Verfügung stehenden Elektronenstrahls 7,5 KW- Es ist ansich nicht erforderlich, dass die gesamte Hartstoffschicht von dem Elektronenstrahl durchdrungen wird, es genügt vielmehr, wenn die vom Elektronenstrahl durch drungene Schicht so tief ist, dass sie bei einer nachfolgenden Bearbeitung nicht ganz abgetragen wird, so dass auch nach einer nachfolgenden Bearbeitung die Oberfläche des Werkstücks mit ausgehärtetem Kunststoff bedeckt ist. Der unterhalb dieser ausgehärteten Kunststoffschicht befindliche Kunststoff härtet dann im Laufe der Zeit aus, beispielsweise innerhalb von etwa 2 biss 10 Wochen. Die Versiegelung durch den mittels Elektronenbeschuss vernetzten oder ausgehärteten Kunststoff ist ausserordentlich wirksam. Eine unversiegelte, im Plasmaspritzverfahren aufgebrachte Schicht wird beispielsweise bei einem einzigen Arbeitsgang durch Sandstrahlen mit Korund entfernt. Ist eine erfindungsgemässe ausgehärtete Kunststoffschicht in die Hartstoffschicht eingebracht, so sind zum Entfernen dieser kombinierten Schicht etwa sechs derartige Sandstrahlvorgänge erforderlich. Durch die vernetzte Kunststoffschicht ist es erstmals möglich, Werkstücke mit im Plasmasprühverfahren ver guteten Oberflächen im chemischen Bereich zu verwenden, wo ohne Vorhandensein der gehärteten Kunststoffschicht die Hartstoffbeschichtung durch Korrosion des diese Schicht tragenden Metallkörpers Schaden nehmen würde. Eine Tränkung der Hartstoffschicht mit einem nicht ausgehärteten Kunststoff könnte dagegen die Korrosion des Metallkörpers nicht mit Sicherheit verhindern. Wollte man die in die Hartstoffschicht eingebrachte flüssige Kunststoffschicht durch Anwendung erhöhter Temperaturen innerhalb relativ kurzer Zeit vernetzen, so müssten hierfür Temperaturen zwischen 13000 und 2500C, je nach der Art des verwendeten Kunststoffs, angewendet werden. Es hat sich überraschend gezeigt, dass die Elektronenbestrahlung trotz der durch die einzelnen Partikel der Hartstoffschicht zu erwartenden Abschattung eine wirkungsvolle schnelle Aushärtung der Kunststoffschicht bewirkt. Dabei kann eine Aushärtung bis in eine Tiefe von 300um erzielt werden. Demgegenüber sind bei vielen Anwendungen die Hartstoffschichten nur etwa 100 edick, so dass in einem einzigen Bestrahlungsgang die Kunststoff schicht vollständig ausgehärtet werden kann. Zur Zeit wird als günstig die Verwendung eines hochmolekularen Kunststoffes angesehen, der im wesentlichen aus Polyäthylen-Glycol-Dimethacrylat oder Trimetylol-Propan-Trimethacrylat unter Beimengung von aliphatischen und/oder aromatischen Kohlenwasserstoffen, insbesondere Aminen besteht, und der die üblichen Zusätze von Weichmacher, Polymer-Verdicker, Peroxid, Toluidin, Saccharin, Füllstoffen, Pigmenten, Stabilisatoren und dgl., z.T. auf Si-Basis aufweist.

Claims: Patentansprüche 1. Verfahren zum Versiegeln einer im Plasmasprüh verfahren auf einem Werkstück aufgebrachten porösen Beschichtung aus Hartstoff, wie Aluminiumoxid, Wolframkarbid, Chrom, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung mit einem flüssigen vernetzbaren Kunststoff oder Lack getränkt wird, und die Kunst stoff- bzw. Lackachicht zumindest in ihrem nach aussen weisenden Bereich durch Bestrahlung mit Elek tronen ausgehärtet insbesondere vernetzt wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück vor dem Aufbringen des flüssigen 0 Kunst stoffs oder Lacks auf etwa 80 C erwärmt wird, und dass der Kunststoff bzw. Lack auf das erwärmte Werkstück aufgebracht wird. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, dass der Kunststoff auf die Beschichtung aufgesprüht wird. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass ein Kunststoff oder Lack geringer Viskosität verwendet wird. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Anspriiche, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des flüssigen Kunststoffs oder Lacks derart bemessen ist, dass die poröse Beschichtung nur in ihren unteren Bereichen getränkt wird, und dass nach dem Vernetzen dieser Kunststoff schicht das Werkstück wiederum mit einem flüssigen Kunststoff oder Lack getränkt wird, der ebenfalls durch Elektronenbestrahlung vernetzt wird. 6. Verfahren nach anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass unterschiedliche Kunststoffe bzw. Lacke für die unterschiedlichen Tränkungsvorgänge verwendet werden.

Inventors: HEINZEL, WINFRIED
Applicants: PLASMA-OBERFLAECHENTECH GMBH
Application year: 1982
Main classification: B05D3
IPC codes: B05D7, B05D3