用于冷气喷涂具有金属显微组织相和塑料显微组织相的涂层的方法,具有这种涂层的部件以及该部件的用途

摘要

本发明涉及一种用于将层冷气喷涂到基底上的方法，其中，为此目的，在冷气射流中加速涂层颗粒(17)，并且按本发明，这些涂层颗粒(17)设有由塑料构成的包覆层。以这种方式，塑料与金属材料一起沉积到基底上，由此，形成了尤其是具有良好滑动特性、防污特性或润滑特性的层组合物。同样，本发明涉及这样一种涂层，其中，这种涂层用作滑动轴承的轴承部件，用作风力发电站的流动部件，尤其是转子叶片或交通工具的主体件，或结构体的外罩部件。

说明书

本发明涉及一种用于将层冷气喷涂到基底上的方法，其中，涂层颗粒借 助会聚-扩散的喷嘴在冷气射流中加速，并且沉积在基底上。在此，产生的 层具有由金属或金属合金构成的金属第一显微组织相和由塑料构成的第二 显微组织相。

此外，本发明涉及一种具有层的部件，所述层具有由金属或金属合金构 成的金属第一显微组织相和由塑料构成的第二显微组织相，并且该部件优选 通过冷气喷涂制造。

开头所述类型的方法以及部件例如由US 2007/0042218A1已知。用于制 造这种层的方法是冷气喷涂方法。在此，形成层显微组织的基质的金属颗粒 以及应当在基质中形成柔性相的塑料颗粒通过冷气喷涂方法共同地进行加 工。然后，制成的层具有封闭的金属基质，在该基质中可见由塑料构成的柔 性相的单独颗粒。

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于制造具有金属第一显微 组织相和由塑料构成的第二显微组织相的层的方法，通过该方法，可以加工 较多的不同材料，并且可以在较大的范围内调节制成的层中塑料的填充度。

该技术问题通过开头所述的按本发明的方法由此解决：使用如下的涂层 颗粒，其由形成金属显微组织相的材料构成并且设有由塑料构成的包覆层 (Umhüllung)。据此，也就是说不使用单独的塑料颗粒，而是应当形成第二显 微组织相的塑料牢固地与待加工的金属颗粒结合。这样的优点是，密度比颗 粒金属的密度显著更小的塑料牢固地粘附在金属颗粒上。此外，也以相同的 方式在冷气喷涂方法中加速塑料，并且呈现高的撞击速度，这实现了具有明 显更高密度的金属颗粒。由此，有利的是，塑料在待形成的层中能够毫无困 难地沉积。这不同于在开头提及的US 2007/0042218A1中与颗粒分开地供应 给冷气射流，并且仅可以最多以一定的极限浓度容纳在层的金属显微组织 中。此外，塑料颗粒从待涂层的表面掉落，且不嵌入其中。按本发明的涂层 颗粒在此可以本身由金属合金构成，其中它然后基本上沉积在层的颗粒组成 中。但该涂层颗粒也可以由不同的金属混合，其中，在层形成过程、后续的 热处理或在使用期间形成合金。

按本发明的一种有利的实施方案，作为塑料使用的是热塑性含氟聚合 物，尤其是PTFE (特氟隆)和/或PFA和/或PFEP和/或FTFE和/或ECTFE和 /或PVDF。热塑性含氟聚合物具有有利的特别好的滑动性能，抗粘附性能或 疏水性，并因此例如特别适合作为干燥润滑材料。此外，该聚合物也是比较 温度稳定的，视成分而定甚至高达400°C也是稳定的。它具有很高的化学稳 定性。该特性也可以在复合材料如本发明的层中被利用。因此，例如可以制 造具有上面所述的显微组织组成的镍-PTFE-复合涂层。

按本发明的另一种实施方案，涂层颗粒在没有包覆层的情况下测量的平 均颗径为至少5μm和最大10μm，优选至少7μm和最大8μm。在此，业已表 明，这样尺寸的金属颗粒通过冷气喷涂毫无困难地沉积。另一方面，它还具 有足够小的尺寸，从而可以生成由塑料构成的第二显微组织相的精细分布。 因此，可以尽可能好地利用上述的优点。

按本发明方法的另一种实施方案，涂层颗粒在供应给喷嘴或前置于该喷 嘴的滞留腔(Stagnationskammer)之前用原料进行涂覆。因此，借助冷气喷涂 加工可以由专业供应商预先批量生产的颗粒。例如，由Fa.Dyneon(3M)提供 PTFE-分散体(用于涂覆)和粉末。有利的是准确确定颗粒的性质，由此可以 有利地冷气喷涂特别均匀的层。

但也有利的是，涂层颗粒在无包覆层的情况下供应给所述喷嘴或前置于 该喷嘴的滞留腔，同时供应塑料颗粒的分散体(在DE 102006047101A1中 记载)，其中，塑料颗粒积聚在涂层颗粒上，然后接触基底。在此，与塑料 颗粒一起形成分散体的液体被蒸发，从而只有塑料颗粒保持粘附在涂层颗粒 上并因此形成其包覆层。在此，塑料颗粒应当优选具有比涂层颗粒(其部分 由塑料颗粒通过积聚形成)更小的尺寸。塑料颗粒优选是纳米颗粒。它可以 作为分散体有利地被特别好地加工。借助塑料分散体实施该涂覆方法的优点 是，可以加工很多不同的材料组合，而在此不需要提高预制备颗粒的库存。 作为用于塑料的分散体例如考虑具有PTFE-纳米颗粒的分散体，该分散体例 如由Dyneon公司生产并且商品名为PTFE 5032R、PTFE 5035R和PTFE 5050R。

为了在加工之前就通过冷气喷涂给涂层颗粒配设由塑料构成的包覆层， 例如可以磨碎例如具有PTFE-粉末的涂层颗粒，其中，塑料的颗粒积聚在涂 层颗粒上。为此，考虑例如具有颗粒大小为8μm的微细粉末，如Dyneon公 司生产的TF 9205PTFE。但在这种情况下，涂层颗粒也必须更大，以便塑料 颗粒能够以较大的产率积聚。

此外，上面所述的技术问题通过如下的部件解决，其中在涂层中由塑料 构成的第二显微组织相设计成连贯的网络。这由以下实现：由塑料构成的第 二显微组织相作为涂层颗粒的包覆层进行涂覆，其中所述涂层颗粒形成由金 属构成的第一显微组织相。由此，可以有利地将塑料非常精细地分布在制成 的层的显微组织中。

此外，有利的是将第一金属显微组织相设计成连贯的基质，其中，在这种情况下，金属显微组织相的基质和由塑料构成的第二 显微组织相的网络相互渗透。因此，空间的结构相互交错。这样的优点是， 在精细分布由塑料构成的第二显微组织相的同时，确保了第一金属显微组织 相的牢固结合。

哪个空间结构在层中具有显微组织相，首先取决于按本发明的层的制造 参数。若在部件上的层通过冷气喷涂制造，则例如喷涂涂层颗粒的动能会变 化。若该涂层颗粒落下更少，则涂层颗粒当接触到部件上时变形没有这样剧 烈，以至于使得包覆层很大程度地保持不变并因此形成连贯的的网络，该网 络至少还基本上包围涂层颗粒。因此，由涂层颗粒形成的第一金属显微组织 相基本上不是连贯的。

为了将第一金属显微组织相制造成连贯的基质，可以增大加工涂层颗粒 的动能。由此，包覆层的塑料在涂层颗粒接触到部件上时更严重地挤压，或 由于局部大为提高，也部分蒸发，因此，相邻的金属涂层颗粒一起烧结并由 此整体上构成连贯的基质。但例如在颗粒的接触区域之外，还有足够的包覆 层的塑料材料保持剩余，因此它也可以形成连贯的网络。

另一种影响层组成和显微组织相的结构的可能方案，改变包覆层的厚 度。包覆层越薄，越少的塑料嵌入层的组织中，并且也更早形成第一金属显 微组织相的连贯基质。另外一方面，这也会因涂层颗粒的包覆层具有更大的 厚度而抑制。

该部件可以有利地用作滑动轴承装置的轴承部件。在此，在该部件上的 层可以完全利用其突出的干燥润滑特性。

该部件的另一种应用是，用作流动部件因此是指尤 其是被液态或气态的介质围绕流动的部件。在此，按本发明的层 是有利的，因为它减小了冰或污染物粘附的倾向，使得形成的表面容易清洁， 并且通过例如研磨颗粒更小的摩擦也减小了磨损，因为按本发明的层的表面 具有突出的摩擦特性。最后，也减少在环境影响下的腐蚀危险，因为例如雨 滴如珍珠般滴下并因此不会形成促进点状腐蚀的局部元素。风力发电站的转 子叶片以及交通工具的主体件也是可行的流动部件。用词“交通工具”在此已 理解为车辆、飞行器、船舶和火车等类似物。

将按本发明的部件应用为外罩部件(Verkleidungsbauteil)，尤其是结构体 (Bauwerk)的外罩部件，例如建筑物正面元件(Fassadenelement)，也是有利的。 由此，可以产生很容易清洁的、必须很少或几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蚀的倾向。

以下根据附图描述本发明其他的详细内容。相同或相应的附图元件分别 用相同的附图标记表示，并因此只对各附图之间的区别进行阐述。附图中：

图1是按本发明方法的实施例以及与之适合的改变的具有滞留腔的冷气 喷涂喷嘴，

图2和3是在本发明方法中使用的涂层颗粒实施例的横截面以及

图4和5是具有按本发明的层的本发明部件的实施例的部分截面。

按本发明的冷气喷涂方法可以借助按图1的冷气喷涂喷嘴11实施。该 喷嘴具有会聚的区段12和扩散的区段13和喉段14。这种喷嘴称作会聚-扩 散的喷嘴。冷气喷涂喷嘴11会聚的部分12与不同输入管所通入的滞留腔15 连接。

用于涂层颗粒17的颗粒输入管16从中央通入滞留腔。此外，在滞留腔 中设置悬浮液输入管18的环，由此键入悬浮液沿所示箭头19的方向引入滞 留腔，所述悬浮液包含悬浮剂如水以及塑料颗粒。分散液与涂层颗粒17混 合，从而塑料颗粒20可以积聚在涂层颗粒17上，并由此形成包覆层21(图 3)。

涂层颗粒17，如图2所示，首先被分散体22的塑料颗粒20所润湿。但 分散剂最晚在冷气射流于喷嘴11的扩散部分13中降低压力之后相当快速地 蒸发，由此具有由塑料颗粒20构成的包覆层21的颗粒17保留下来。塑料 颗粒20具有在纳米范围内的尺寸，而涂层颗粒17的金属份额的平均直径为 大约8μm。

图4的部件23由基底24组成，在该基底24上沉积层25。该层25具有 由金属构成的第一显微组织相26，该第一显微组织相嵌入由塑料构成的第二 显微组织相27中。因此，由塑料构成的显微组织相27在层25中形成连贯 的网络25。

在按图5的部件23中，层25以略微不同的方式构造。在此，涂层颗粒 形成连贯的基质，以便第一金属显微组织相26也产生连贯的网络。它通过 由塑料构成的第二显微组织相27的网络渗透，以便两个显微组织相交错或 换句话说相互交织。