DE19941610C1 - Bauteil zur Verwendung in Kontakt zu einer Glasschmelze - Google Patents
Bauteil zur Verwendung in Kontakt zu einer GlasschmelzeInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Bauteil zur Verwendung in der Glasindustrie mit einem feuerfesten Substrat, wobei das Substrat eine Beschichtung aufweist, die aus mindestens einer Einzelschicht gebildet ist, wobei die dem Substrat abgewandte, oberste Einzelschicht aus mindestens einem Edelmetall und/oder aus mindestens einer Edelmetall-Legierung gebildet ist sowie eine Verwendung eines solchen Bauteiles. Es stellt sich die Aufgabe, kostengünstigere Bauteile zur Verwendung in der Glasindustrie bei vergleichbarer Korrosionsbeständigkeit bereitzustellen und eine Verwendung anzugeben. Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die oberste Einzelschicht überwiegend eine offene Mikroporosität > 0,1% und 20% aufweist. Solche Bauteile sind ausgezeichnet für die erfindungsgemäße Verwendung in Glasschmelzen mit einer Viskosität eta von mindestens 3 PaÈs geeignet.
Description
Die Erfindung betrifft ein Bauteil zur Verwendung in Kontakt zu einer Glasschmelze mit einem
feuerfesten Substrat, wobei das Substrat eine Beschichtung aufweist, die aus mindestens einer
Einzelschicht gebildet ist, wobei die dem Substrat abgewandte, oberste Einzelschicht aus min
destens einem Edelmetall und/oder aus mindestens einer Edelmetall-Legierung gebildet ist
sowie eine Verwendung eines solchen Bauteiles.
Bauteile, die zur Herstellung von Glas und insbesondere im Bereich der Glasschmelzwannen
und Feeder verwendet werden, sind hohen Temperaturen in Verbindung mit aggressiven Atmo
sphären ausgesetzt. Ein besonders hoher korrosiver Angriff findet beispielsweise an der Drei-
Phasen-Grenze zwischen der Glasschmelze, der Gasatmosphäre über der Schmelze und dem
Feuerfestmaterial statt, der zu einer massiven Auswaschung des Feuerfestmaterials in Höhe
der Oberfläche des Glasbades führt. Abgetragenes Feuerfestmaterial verunreinigt die Glas
schmelze und mindert deren Qualität. Um eine hohe Qualität des Glases zu gewährleisten und
die Lebensdauer solcher Bauteile zu verlängern, sind Beschichtungen oder Aus- beziehungs
weise Verkleidungen mit Edelmetall üblich.
Derartiges beschreibt die Druckschrift EP 0 559 330 A1 unter anderem für den Einsatz in Glas
wannen. Hier schützt eine nicht-poröse Beschichtung aus Edelmetall oder Edelmetall-Legierung
ein keramisches Substrat vor korrosivem Angriff durch eine Glasschmelze und die aggressive
Atmosphäre oberhalb der Schmelze. Die thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Substra
tes und der nicht-porösen Beschichtung sind aufeinander abgestimmt, um eine Ablösung der
Beschichtung vom Substrat zu verhindern.
Die Druckschriften EP 0 471 505 B1 und EP 0 679 733 A2 beschreiben Bauteile aus metalli
schen Substraten und einer Beschichtung, die aus mehreren metallischen und keramischen
Schichten aufgebaut ist. Die letzte der Schichten ist aus einem Edelmetall oder einer Edelme
tall-Legierung gebildet und nicht-porös.
Als nachteilig und kostenintensiv erweist sich bei den beschriebenen Beschichtungen der not
wendige Verfahrensschritt, in welchem die für den Kontakt zu Glasschmelze und korrosiver At
mosphäre vorgesehene edelmetallhaltige, letzte Schicht nachträglich verdichtet und ihre offene
Porosität verschlossen wird.
Es stellt sich daher die Aufgabe, kostengünstigere Bauteile zur Verwendung in der Glasindust
rie bei vergleichbarer Korrosionsbeständigkeit bereitzustellen und eine Verwendung an
zugeben.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die oberste Einzelschicht eine offene Mikroporosität < 0,1
% und 20% aufweist und dass die offene Mikroporosität durch Poren gebildet wird, die einen
mittleren Porendurchmesser im Bereich von 0,1 µm bis 100 µm aufweisen. Davon sei auch das
überwiegende Vorhandensein einer offenen Mikroporosität < 0,1% und ≦ 20% in der obersten
Einzelschicht umfasst. Trotzdem die oberste Einzelschicht aus Edelmetall und/oder Edelme
tall-Legierung porös ist, bietet sie überraschend einen ausreichend guten Schutz für das Sub
strat. Aufgrund der Porosität der obersten Einzelschicht stellt sich eine erhöhte Temperatur
wechselbeständigkeit und eine verbesserte Haftung der Beschichtung am Substrat ein. Die Ein
sparung des im Stand der Technik beschriebenen Nachverdichtungsprozesses wirkt in hohem
Maße kostenreduzierend. Das erfindungsgemäße Bauteil ist in nahezu beliebiger Form einzu
setzen im direkten Kontakt mit Glasschmelzen.
Für das Substrat kommen keramische Feuerfestmaterialien wie Al2O3, Aluminiumsilikatkeramik,
Mullit, Zirkonmullit, ZrO2, SiO2, Cr2O3 und TiO2, aber auch metallische Hochtemperaturwerk
stoffe wie Molybdän oder dispersionsverfestigte Hochtemperaturwerkstoffe auf Eisen- oder
Nickelbasis in Frage. Die Auswahl eines geeigneten Substrates erfolgt vor allem im Hinblick auf
das gewünschte Temperatur-Einsatzgebiet.
Die oberste Einzelschicht kann eine Dicke im Bereich von 50 µm bis 500 µm aufweisen und
besitzt vorteilhafterweise eine Dicke im Bereich von 150 µm bis 500 µm. Vorzugsweise wird
eine offene Mikroporosität von mindestes 4% und höchstens 15% gewählt. Eine offene Mikro
porosität von mindestens 4% ist definiert einstellbar. Vorteilhaft ist auch ein mittlerer Poren
durchmesser im Bereich von 0,35 µm bis 90 µm.
Zwischen dem Substrat und der obersten Einzelschicht können eventuell aufgrund stark unter
schiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten oder zum Korrosionsschutz eines metalli
schen Substrates gegen oxidative Gase weitere metallische und/oder keramische Einzel
schichten beliebiger Dicke erforderlich sein. Es hat sich bewährt, zur Gewährleistung einer aus
gezeichneten Schichthaftung und Temperaturwechselbeständigkeit bei gleichzeitig erhöhter
Verschleißfestigkeit, vorzugsweise gegenüber Schwebestoffen in der Glasschmelze, auf das
Substrat zuerst eine duktile, metallische Einzelschicht und anschließend die oberste Einzel
schicht mit offener Mikroporosität aufzubringen. Die duktile, metallische Einzelschicht ist dabei
vorzugsweise aus Platin und die oberste Einzelschicht aus der Legierung PtRh10 gebildet.
Die Auswahl des Edelmetalles und/oder der Edelmetall-Legierung für die oberste Einzelschicht
erfolgt im Hinblick auf das gewünschte Temperatur-Einsatzgebiet und das zu verarbeitende
Glas. Geeignet sind vor allem Edelmetalle mit hohem Schmelzpunkt wie Platin, Ruthenium,
Rhodium, Palladium, Iridium und deren Legierungen, wobei Platin zu bevorzugen ist.
Die beschriebenen Bauteile sind ausgezeichnet für die erfindungsgemäße Verwendung in
Glasschmelzen mit einer Viskosität η von mindestens 3 Pa.s geeignet. Die Viskosität von Blei
glasschmelzen liegt bei 1150°C beispielsweise im Bereich von etwa 3,5 Pa.s.
Die Beispiele 1 bis 3 dienen zur näheren Erläuterung der Erfindung.
Ein keramisches Substrat in Form eines Thermoelementschutzrohres aus porösem Al2O3 wurde
mittels Drahtflammspritzen mit einer Einzelschicht aus Platin beschichtet. Die Schichtdicke be
trug 300 µm, die Porosität 10%. Nach Auslagerung des beschichteten Thermoelementschutz
rohres in einer Bleiglasschmelze mit einer Viskosität von 3,5 Pa.s und einer Temperatur von
1150°C über einen Zeitraum von 200 h wurde die Probe metallographisch und mittels REM un
tersucht. Es wurde kein Ein- oder Durchdringen von Glasschmelze in beziehungsweise durch
die poröse Beschichtung festgestellt.
Ein keramisches Substrat in Form eines Thermoelementschutzrohres aus gasdichtem Mullit
wurde mittels Hochgeschwindigkeits-Drahtflammspritzen mit einer Einzelschicht der Legierung
PtRh10 beschichtet. Die Schichtdicke betrug 250 µm, die Porosität 13%. Nach Auslagerung des
beschichteten Thermoelementschutzrohres in einer Rasothermglasschmelze mit einer Viskosi
tät von 150 Pa.s und einer Temperatur von 1500°C über einen Zeitraum von 200 h wurde die
Probe metallographisch und mittels REM untersucht. Es wurde kein Ein- oder Durchdringen von
Glasschmelze in beziehungsweise durch die poröse Beschichtung festgestellt.
Ein Substrat aus oxiddispersionsverfestigtem Hochtemperatur-Werkstoff auf Eisen-Basis, hier
PM2000 der Firma Plansee, in Form eines in der Glasindustrie verwendeten Ziehdornes wurde
mittels atmosphärischem Plasmaspritzen mit einer 200 µm dicken Zirkonoxidschicht beschichtet.
Anschließend wurde auf diese keramische Schicht mittels Drahtflammspritzen eine oberste Ein
zelschicht aus der Legierung PtRh10 aufgebracht. Die Schichtdicke der obersten Einzelschicht
betrug 250 µm, die Porosität 12%. Nach Auslagerung des beschichteten Ziehdornes in einer
Bleiglasschmelze mit einer Viskosität von 3,5 Pa.s und einer Temperatur von 1150°C über ei
nen Zeitraum von 200 h wurde die Probe metallographisch und mittels REM untersucht. Es wur
de kein Ein- oder Durchdringen von Glasschmelze in beziehungsweise durch die poröse Be
schichtung festgestellt.
Claims (11)
1. Bauteil zur Verwendung in Kontakt zu einer Glasschmelze mit einem feuerfesten Substrat,
wobei das Substrat eine Beschichtung aufweist, die aus mindestens einer Einzelschicht ge
bildet ist, wobei die dem Substrat abgewandte, oberste Einzelschicht aus mindestens einem
Edelmetall und/oder aus mindestens einer Edelmetall-Legierung gebildet ist, dadurch ge
kennzeichnet, daß die oberste Einzelschicht eine offene Mikroporosität < 0,1% und ≦ 20%
aufweist und dass die offene Mikroporosität durch Poren gebildet ist, die einen mittleren Po
rendurchmesser im Bereich von 0,1 µm bis 100 µm aufweisen.
2. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus einer Keramik
gebildet ist.
3. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus einem Metall ge
bildet ist.
4. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die oberste Ein
zelschicht eine Dicke im Bereich von 50 µm bis 500 µm aufweist.
5. Bauteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die oberste Einzelschicht eine Dicke
im Bereich von 150 µm bis 500 µm aufweist.
6. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die oberste Ein
zelschicht eine offene Mikroporosität von mindestens 4% und höchstens 15% aufweist.
7. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Po
rendurchmesser Werte im Bereich von 0,35 µm bis 90 µm aufweist.
8. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die oberste Ein
zelschicht aus Platin oder einer Platin-Legierung gebildet ist.
9. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat eine
duktile, metallische Einzelschicht aufweist und auf dieser die oberste Einzelschicht gebildet
ist.
10. Bauteil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die duktile, metallische Einzel
schicht aus Platin und die oberste Einzelschicht aus PtRh10 gebildet ist.
11. Verwendung des Bauteiles nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10 für Glas
schmelzen mit einer Viskosität η von mindestens 3 Pa.s.
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Publications (1)
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