專利名稱：用于冷氣噴涂具有金屬顯微組織相和塑料顯微組織相的涂層的方法，具有這種涂層的部 ...的制作方法
用于冷氣噴涂具有金屬顯微組織相和塑料顯微組織相的涂層的方法，具有這種涂層的部件以及該部件的用途本發(fā)明涉及一種用于將層冷氣噴涂到基底上的方法，其中，涂層顆粒借助會(huì)聚-擴(kuò)散的噴嘴在冷氣射流中加速，并且沉積在基底上。在此，產(chǎn)生的層具有由金屬或金屬合金構(gòu)成的金屬第一顯微組織相和由塑料構(gòu)成的第二顯微組織相。此外，本發(fā)明涉及一種具有層的部件，所述層具有由金屬或金屬合金構(gòu)成的金屬第一顯微組織相和由塑料構(gòu)成的第二顯微組織相，并且該部件優(yōu)選通過冷氣噴涂制造。開頭所述類型的方法以及部件例如由US 2007/0042218A1已知。用于制造這種層的方法是冷氣噴涂方法。在此，形成層顯微組織的基質(zhì)的金屬顆粒以及應(yīng)當(dāng)在基質(zhì)中形成柔性相的塑料顆粒通過冷氣噴涂方法共同地進(jìn)行加工。然后，制成的層具有封閉的金屬基質(zhì)，在該基質(zhì)中可見由塑料構(gòu)成的柔性相的單獨(dú)顆粒。
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本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種用于制造具有金屬第一顯微組織相和由塑料構(gòu)成的第二顯微組織相的層的方法，通過該方法，可以加工較多的不同材料，并且可以在較大的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)制成的層中塑料的填充度。該技術(shù)問題通過開頭所述的按本發(fā)明的方法由此解決使用如下的涂層顆粒，其由形成金屬顯微組織相的材料構(gòu)成并且設(shè)有由塑料構(gòu)成的包覆層(UmhUllung)。據(jù)此，也就是說(shuō)不使用單獨(dú)的塑料顆粒，而是應(yīng)當(dāng)形成第二顯微組織相的塑料牢固地與待加工的金屬顆粒結(jié)合。這樣的優(yōu)點(diǎn)是，密度比顆粒金屬的密度顯著更小的塑料牢固地粘附在金屬顆粒上。此外，也以相同的方式在冷氣噴涂方法中加速塑料，并且呈現(xiàn)高的撞擊速度，這實(shí)現(xiàn)了具有明顯更高密度的金屬顆粒。由此，有利的是，塑料在待形成的層中能夠毫無(wú)困難地沉積。這不同于在開頭提及的US 2007/0042218A1中與顆粒分開地供應(yīng)給冷氣射流，并且僅可以最多以一定的極限濃度容納在層的金屬顯微組織中。此外，塑料顆粒從待涂層的表面掉落，且不嵌入其中。按本發(fā)明的涂層顆粒在此可以本身由金屬合金構(gòu)成，其中它然后基本上沉積在層的顆粒組成中。但該涂層顆粒也可以由不同的金屬混合，其中，在層形成過程、后續(xù)的熱處理或在使用期間形成合金。按本發(fā)明的一種有利的實(shí)施方案，作為塑料使用的是熱塑性含氟聚合物，尤其是PTFE (特氟隆)和/或PFA和/或PFEP和/或FTFE和/或ECTFE和/或PVDF。熱塑性含氟聚合物具有有利的特別好的滑動(dòng)性能，抗粘附性能或疏水性，并因此例如特別適合作為干燥潤(rùn)滑材料。此外，該聚合物也是比較溫度穩(wěn)定的，視成分而定甚至高達(dá)400° C也是穩(wěn)定的。它具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性。該特性也可以在復(fù)合材料如本發(fā)明的層中被利用。因此，例如可以制造具有上面所述的顯微組織組成的鎳-PTFE-復(fù)合涂層。按本發(fā)明的另一種實(shí)施方案，涂層顆粒在沒有包覆層的情況下測(cè)量的平均顆徑為至少5 μ m和最大10 μ m,優(yōu)選至少7 μ m和最大8 μ m。在此,業(yè)已表明，這樣尺寸的金屬顆粒通過冷氣噴涂毫無(wú)困難地沉積。另一方面，它還具有足夠小的尺寸，從而可以生成由塑料構(gòu)成的第二顯微組織相的精細(xì)分布。因此，可以盡可能好地利用上述的優(yōu)點(diǎn)。按本發(fā)明方法的另一種實(shí)施方案，涂層顆粒在供應(yīng)給噴嘴或前置于該噴嘴的滯留腔(Stagnationskammer)之前用原料進(jìn)行涂覆。因此,借助冷氣噴涂加工可以由專業(yè)供應(yīng)商預(yù)先批量生產(chǎn)的顆粒。例如，由Fa. Dyneon (3M)提供PTFE-分散體(用于涂覆)和粉末。有利的是準(zhǔn)確確定顆粒的性質(zhì)，由此可以有利地冷氣噴涂特別均勻的層。但也有利的是，涂層顆粒在無(wú)包覆層的情況下供應(yīng)給所述噴嘴或前置于該噴嘴的滯留腔，同時(shí)供應(yīng)塑料顆粒的分散體(在DE 102006047101A1中記載)，其中，塑料顆粒積聚在涂層顆粒上，然后接觸基底。在此，與塑料顆粒一起形成分散體的液體被蒸發(fā)，從而只有塑料顆粒保持粘附在涂層顆粒上并因此形成其包覆層。在此，塑料顆粒應(yīng)當(dāng)優(yōu)選具有比涂層顆粒(其部分由塑料顆粒通過積聚形成)更小的尺寸。塑料顆粒優(yōu)選是納米顆粒。它可以作為分散體有利地被特別好地加工。借助塑料分散體實(shí)施該涂覆方法的優(yōu)點(diǎn)是，可以加工很多不同的材料組合，而在此不需要提高預(yù)制備顆粒的庫(kù)存。作為用于塑料的分散體例如考慮具有PTFE-納米顆粒的分散體，該分散體例如由Dyneon公司生產(chǎn)并且商品名為PTFE5032R、PTFE 5035R 和 PTFE5050R。為了在加工之前就通過冷氣噴涂給涂層顆粒配設(shè)由塑料構(gòu)成的包覆層，例如可以磨碎例如具有PTFE-粉末的涂層顆粒，其中，塑料的顆粒積聚在涂層顆粒上。為此，考慮例如具有顆粒大小為8 μ m的微細(xì)粉末，如Dyneon公司生產(chǎn)的TF 9205PTFE。但在這種情況 下，涂層顆粒也必須更大，以便塑料顆粒能夠以較大的產(chǎn)率積聚。此外，上面所述的技術(shù)問題通過如下的部件解決，其中在涂層中由塑料構(gòu)成的第二顯微組織相設(shè)計(jì)成連貫的網(wǎng)絡(luò)。這由以下實(shí)現(xiàn)由塑料構(gòu)成的第二顯微組織相作為涂層顆粒的包覆層進(jìn)行涂覆，其中所述涂層顆粒形成由金屬構(gòu)成的第一顯微組織相。由此，可以有利地將塑料非常精細(xì)地分布在制成的層的顯微組織中。此外，有利的是將第一金屬顯微組織相設(shè)計(jì)成連貫(zusaminenhiingend)的基質(zhì)，
其中，在這種情況下，金屬顯微組織相的基質(zhì)和由塑料構(gòu)成的第二顯微組織相的網(wǎng)絡(luò)相互滲透。因此，空間的結(jié)構(gòu)相互交錯(cuò)。這樣的優(yōu)點(diǎn)是，在精細(xì)分布由塑料構(gòu)成的第二顯微組織相的同時(shí)，確保了第一金屬顯微組織相的牢固結(jié)合。哪個(gè)空間結(jié)構(gòu)在層中具有顯微組織相，首先取決于按本發(fā)明的層的制造參數(shù)。若在部件上的層通過冷氣噴涂制造，則例如噴涂涂層顆粒的動(dòng)能會(huì)變化。若該涂層顆粒落下更少，則涂層顆粒當(dāng)接觸到部件上時(shí)變形沒有這樣劇烈，以至于使得包覆層很大程度地保持不變并因此形成連貫的的網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)至少還基本上包圍涂層顆粒。因此，由涂層顆粒形成的第一金屬顯微組織相基本上不是連貫的。為了將第一金屬顯微組織相制造成連貫的基質(zhì)，可以增大加工涂層顆粒的動(dòng)能。由此，包覆層的塑料在涂層顆粒接觸到部件上時(shí)更嚴(yán)重地?cái)D壓，或由于局部大為提高，也部分蒸發(fā)，因此，相鄰的金屬涂層顆粒一起燒結(jié)并由此整體上構(gòu)成連貫的基質(zhì)。但例如在顆粒的接觸區(qū)域之外，還有足夠的包覆層的塑料材料保持剩余，因此它也可以形成連貫的網(wǎng)絡(luò)。另一種影響層組成和顯微組織相的結(jié)構(gòu)的可能方案，改變包覆層的厚度。包覆層越薄，越少的塑料嵌入層的組織中，并且也更早形成第一金屬顯微組織相的連貫基質(zhì)。另外一方面，這也會(huì)因涂層顆粒的包覆層具有更大的厚度而抑制。該部件可以有利地用作滑動(dòng)軸承裝置的軸承部件。在此，在該部件上的層可以完全利用其突出的干燥潤(rùn)滑特性。該部件的另一種應(yīng)用是，用作流動(dòng)部件(Str0mungsbau.teil)。因此是指尤其是被液態(tài)或氣態(tài)的介質(zhì)圍繞流動(dòng)(umstemen)的部件。在此，按本發(fā)明的層是有利的，因?yàn)樗鼫p小了冰或污染物粘附的傾向，使得形成的表面容易清潔，并且通過例如研磨顆粒更小的摩擦也減小了磨損，因?yàn)榘幢景l(fā)明的層的表面具有突出的摩擦特性。最后，也減少在環(huán)境影響下的腐蝕危險(xiǎn)，因?yàn)槔缬甑稳缯渲榘愕蜗虏⒁虼瞬粫?huì)形成促進(jìn)點(diǎn)狀腐蝕的局部元素。風(fēng)力發(fā)電站的轉(zhuǎn)子葉片以及交通工具的主體件也是可行的流動(dòng)部件。用詞“交通工具”在此已理解為車輛、飛行器、船舶和火車等類似物。將按本發(fā)明的部件應(yīng)用為外罩部件(Verkleidungsbauteil),尤其是結(jié)構(gòu)體(Bauwerk)的外罩部件,例如建筑物正面元件(Fassadenelement),也是有利的。由此,可以產(chǎn)生很容易清潔的、必須很少或幾乎不沾染污染物的建筑物正面。在此也可以降低外罩部件腐蝕的傾向。以下根據(jù)附圖
描述本發(fā)明其他的詳細(xì)內(nèi)容。相同或相應(yīng)的附圖元件分別用相同的附圖標(biāo)記表示，并因此只對(duì)各附圖之間的區(qū)別進(jìn)行闡述。附圖中圖I是按本發(fā)明方法的實(shí)施例以及與之適合的改變的具有滯留腔的冷氣噴涂噴嘴， 圖2和3是在本發(fā)明方法中使用的涂層顆粒實(shí)施例的橫截面以及圖4和5是具有按本發(fā)明的層的本發(fā)明部件的實(shí)施例的部分截面。按本發(fā)明的冷氣噴涂方法可以借助按圖I的冷氣噴涂噴嘴11實(shí)施。該噴嘴具有會(huì)聚的區(qū)段12和擴(kuò)散的區(qū)段13和喉段14。這種噴嘴稱作會(huì)聚-擴(kuò)散的噴嘴。冷氣噴涂噴嘴11會(huì)聚的部分12與不同輸入管所通入的滯留腔15連接。用于涂層顆粒17的顆粒輸入管16從中央通入滯留腔。此外，在滯留腔中設(shè)置懸浮液輸入管18的環(huán)，由此鍵入懸浮液沿所示箭頭19的方向引入滯留腔，所述懸浮液包含懸浮劑如水以及塑料顆粒。分散液與涂層顆粒17混合，從而塑料顆粒20可以積聚在涂層顆粒17上，并由此形成包覆層21 (圖3)。涂層顆粒17，如圖2所示，首先被分散體22的塑料顆粒20所潤(rùn)濕。但分散劑最晚在冷氣射流于噴嘴11的擴(kuò)散部分13中降低壓力之后相當(dāng)快速地蒸發(fā)，由此具有由塑料顆粒20構(gòu)成的包覆層21的顆粒17保留下來(lái)。塑料顆粒20具有在納米范圍內(nèi)的尺寸，而涂層顆粒17的金屬份額的平均直徑為大約8 μ m。圖4的部件23由基底24組成，在該基底24上沉積層25。該層25具有由金屬構(gòu)成的第一顯微組織相26，該第一顯微組織相嵌入由塑料構(gòu)成的第二顯微組織相27中。因此，由塑料構(gòu)成的顯微組織相27在層25中形成連貫的網(wǎng)絡(luò)25。在按圖5的部件23中，層25以略微不同的方式構(gòu)造。在此，涂層顆粒形成連貫的基質(zhì)，以便第一金屬顯微組織相26也產(chǎn)生連貫的網(wǎng)絡(luò)。它通過由塑料構(gòu)成的第二顯微組織相27的網(wǎng)絡(luò)滲透，以便兩個(gè)顯微組織相交錯(cuò)或換句話說(shuō)相互交織。
權(quán)利要求
1.一種用于將層(25)冷氣噴涂到基底(24)上的方法，在該方法中，涂層顆粒(17)借助會(huì)聚-擴(kuò)散的噴嘴(11)在冷氣射流中加速，并且沉積在所述基底上，其中，所產(chǎn)生的層(24)具有金屬的第一顯微組織相(26)和由塑料構(gòu)成的第二顯微組織相(27)， 其特征在于， 使用如下的涂層顆粒(17):該涂層顆粒(17)由形成所述金屬顯微組織相的材料構(gòu)成并且設(shè)有由所述塑料構(gòu)成的包覆層(21)。
2.按權(quán)利要求I的方法， 其特征在于， 作為塑料使用熱塑性的含氟聚合物，尤其是PTFE和/或PFA和/或FEP和/或ETFE和/或ECTFE和/或PVDF。
3.按前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法， 其特征在于， 所述涂層顆粒(17)在無(wú)包覆層的情況下測(cè)量的平均粒徑為至少5 μ m和最大10 μ m，優(yōu)選至少7 μ m和最大8 μ m。
4.按前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在所述涂層顆粒(17)供應(yīng)給所述噴嘴(11)或前置于該噴嘴(11)的滯留腔(15)之前，用所述塑料對(duì)所述涂層顆粒(17)進(jìn)行涂覆。
5.按權(quán)利要求I至3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述涂層顆粒(17)在無(wú)包覆層的情況下供應(yīng)給所述噴嘴(11)或前置于該噴嘴(11)的滯留腔(15)，同時(shí)供應(yīng)塑料顆粒(20)的分散體，其中，所述塑料顆粒在接觸所述基底之前積聚在所述涂層顆粒上。
6.一種具有層(24)的部件，其中，所述層(24)具有金屬的第一顯微組織相(26)和由塑料構(gòu)成的第二顯微組織相(27)，其特征在于，所述由塑料構(gòu)成的第二顯微組織相(27)作為連貫網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造在所述層中。
7.按權(quán)利要求6所述的部件，其特征在于，所述第一金屬顯微組織相(26)構(gòu)造成連貫的基質(zhì)，其中，所述基質(zhì)和所述網(wǎng)絡(luò)相互滲透。
8.按權(quán)利要求6或7所述的部件作為滑動(dòng)軸承的軸承部件的用途。
9.按權(quán)利要求6或7所述的部件作為流動(dòng)部件、尤其是作為風(fēng)力發(fā)電站的轉(zhuǎn)子葉片或交通工具的主體件的用途。
10.按權(quán)利要求6或7所述的部件作為外罩部件、尤其是作為結(jié)構(gòu)體的外罩部件的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于將層冷氣噴涂到基底上的方法，其中，為此目的，在冷氣射流中加速涂層顆粒(17)，并且按本發(fā)明，這些涂層顆粒(17)設(shè)有由塑料構(gòu)成的包覆層。以這種方式，塑料與金屬材料一起沉積到基底上，由此，形成了尤其是具有良好滑動(dòng)特性、防污特性或潤(rùn)滑特性的層組合物。同樣，本發(fā)明涉及這樣一種涂層，其中，這種涂層用作滑動(dòng)軸承的軸承部件，用作風(fēng)力發(fā)電站的流動(dòng)部件，尤其是轉(zhuǎn)子葉片或交通工具的主體件，或結(jié)構(gòu)體的外罩部件。
文檔編號(hào)C23C24/04GK102918181SQ201180027024
公開日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2011年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月31日
發(fā)明者J.D.詹森, O.施蒂爾, R.烏爾里克 申請(qǐng)人:西門子公司