使用特殊粉末涂料材料的涂布方法以及这种涂料材料的用途
【专利摘要】本发明涉及含有颗粒的粉末涂料材料在涂布方法中的用途，所述涂布方法选自冷气喷涂、火焰喷涂、高速火焰喷涂、热等离子体喷涂和非热等离子体喷涂，其中颗粒具有至多0.1的相对可变形性因子Vm，且所述相对可变形性因子根据式(I)定义。其中d代表颗粒的平均最小厚度，垂直于颗粒的纵向轴线并在颗粒的纵向轴线的中半位测得，D50为体积平均的粒度分布的平均直径。本发明还涉及用于涂布的方法。
【专利说明】使用特殊粉末涂料材料的涂布方法以及这种涂料材料的用途
[0001]本发明涉及特殊粉末涂料材料。此外，本发明包括这种粉末涂料材料的用途。此外，本发明包括使用这种粉末涂料材料用于基材涂布的方法。
[0002]已知许多用于不同基材的涂布方法。例如，将金属或其前体从气相沉积在基材表面上，参见例如PVD或CVD方法。此外，能够例如从溶液通过电化学方法来沉积相应的物质。另外，能够例如以清漆的形式将涂料施用至表面上。然而，所有的方法都具有特定的优点和缺点。例如，在以清漆的形式沉积的情况下，需要大量的水和/或有机溶剂，需要干燥时间，待施用的涂料材料必须与基础清漆相容，基础清漆的残余物同样保持在基材上。例如，通过PVD法施用需要大量能量以将非挥发性物质带入气相。
[0003]鉴于上述限制，已经开发了大量涂布方法以提供用于各自预期用途所需的性质。已知的方法使用例如动能、热能、或它们的混合以产生涂层，其中热能可源自例如常规燃烧火焰或等离子体火焰。后者进一步分为热和非热等离子体，这是指气体被部分或完全地分离成自由电荷载子如离子或电子。
[0004]在冷气喷涂的情况下，涂层是通过施加粉末至基材表面形成的，其中粉末颗粒被大大加速。为此，通过在德-拉伐尔喷嘴中膨胀将经加热的工艺气体加速至超音速，然后将粉末喷射。作为高动能的结果，当颗粒撞击基材表面时它们形成致密层。
[0005]例如，W02010/003396A1公开了采用冷气喷涂作为涂布方法来施加耐磨保护涂层。此外，例如在EP1363811A1、EP0911425B1和US7, 740, 905B2中发现冷气喷涂方法的公开。
[0006]火焰喷涂属于 热涂布方法组。这里，将粉末涂料材料引入燃料气体/氧气混合物的火焰。这里，可达到最高约3200°C的温度，例如使用氧乙炔火焰。该方法的细节可自公开如 EP830464B1 和 US5, 207，382A 学到。
[0007]在热等离子体喷涂的情况下，将粉末涂料材料注入热等离子体。在通常使用的热等离子体中，达到最高约20，000K的温度，从而使注入的粉末熔融并沉积在基材上作为涂层。
[0008]热等离子体喷涂的方法及其具体实施方案以及方法参数是本领域技术人员已知的。例如，参考W02004/016821，其描述了使用热等离子体喷涂以施加非晶涂层。此外，EP0344781例如公开了使用火焰喷涂和热等离子体喷涂作为使用碳化钨粉末混合物的涂布方法。在文献中多次描述了在等离子体喷涂法中使用的特定设备，例如在EP0342428A2、US7, 678，428B2、US7, 928，338B2 和 EP1287898A2 中。
[0009]在高速火焰喷涂的情况下，燃料在高压下燃烧，其中燃料气体、液体燃料和它们的混合物都可以用作燃料。将粉末涂料材料注入高度加速的火焰。已知这种方法特征在于相对致密的喷涂涂层。高速火焰喷涂也是本领域技术人员公知的，并且已经在许多出版物中进行了描述。例如，EP0825272A2公开了使用高速火焰喷涂的用铜合金涂布的基材。此外，例如W02010/037548A1和EP0492384A1公开了高速火焰喷涂的方法以及在其中使用的设备。
[0010]非热等离子体喷涂很大程度上类似于热等离子体喷涂和火焰喷涂进行。粉末涂料材料被注入非热等离子体，并与其一起沉积在基材表面上。如可例如从EP1675971B1得知的，该方法的特征在于经涂布的基材的特别低的热负荷。该方法中，特定的实施方案和相应的方法参数也是本领域技术人员从不同的出版物中已知的。例如EP2104750A2描述了该方法的使用和实施该方法的设备。例如，DE10320379A1描述了使用该方法的可电加热的元件的制造。关于该方法或用于非热等离子体喷涂的设备的进一步公开可见于例如 EP1675971B1、DE102006061435A1、W003/064061AU W02005/031026A1、DE19807086A1、DE10116502A1、W001/32949A1、EP0254424B1、EP1024222A2、DE19532412A1、DE19955880A1和DE19856307C1 中。
[0011]然而，使用粉末涂料材料的涂布方法的普遍问题是在相对温和的涂布条件下仅仅能达到不足的涂层质量。特别是，当存在粉末涂料材料的颗粒的不完全熔融时，会形成空穴，其可以例如影响光学、触觉或电性质，屏障效应和/或涂层的热导率。
[0012]本发明的一个目的是提供适合用于涂布方法中的粉末涂料材料，其中改进已知涂层的生产，或可以生产新涂层。
[0013]本发明的另一目的是，提供通过其能够在最温和的可能涂布条件(温度，撞击的粒子的速度)下生产高质量和均匀的涂层的方法。
[0014]本发明的另一目的是，提供粉末涂料材料，当在基材的涂层中使用时，所述粉末涂料材料与已知粉末涂料材料相比提供优点。
[0015]本发明涉及含有颗粒的粉末涂料材料在涂布方法中的用途，所述涂布方法选自冷气喷涂、火焰喷涂、高速火焰喷涂、热等离子体喷涂和非热等离子体喷涂，其中颗粒具有至多0.1的相对可变形性因子Vm，且所述相对可变形性因子根据式(I)定义:
[0016]
【权利要求】
1.含有颗粒的粉末涂料材料在涂布方法中的用途，所述涂布方法选自冷气喷涂、火焰喷涂、高速火焰喷涂、热等离子体喷涂和非热等离子体喷涂，其中颗粒具有至多0.1的相对可变形性因子Vm，且所述相对可变形性因子根据式(I)定义:
2.根据权利要求1所述的用途，其中考虑到相对于银的莫氏硬度的颗粒的莫氏硬度，相对可变形性因子根据式(II)定义为:
3.根据权利要求1或2所述的用途，其中粉末涂料材料的相对可变形性因子为至多0.01。
4.根据权利要求1至3任一项所述的用途，其中粉末涂料材料的颗粒具有大于45N/mm2的技术上的弹性极限。
5.根据权利要求1至4任一项所述的用途，其中涂料材料的颗粒的以[K]测得的熔点为以[K]测得的涉及所述基材的涂布方法中所用介质的温度的至多60%。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的用途，其中所述颗粒包含金属颗粒或者为金属颗粒，并且所述金属选自银、金、钼、钮、银、铬、猛、钴、锗、铺、招、锌、锡、铁、铜、镍、钛、娃、它们的合金和混合物。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的用途，其中所述涂布方法选自火焰喷涂和非热等离子体喷涂，并优选为非热等离子体喷涂。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的用途，其中粉末涂料材料的粒度分布为D5tl值在1.5至84 μ m的范围内。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的用途，其中粉末涂料材料的粒度分布为Dltl值在3.7至26 μ m的范围内，D5tl值在6至49 μ m的范围内，D9tl值在12至86 μ m的范围内。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的用途，其中所述粉末涂料材料的跨度为至多2.9，其中所述跨度根据式(III)定义:
11.根据权利要求1至10中任一项所述的用途，其中粉末涂料材料的颗粒是至少部分地经涂布的。
12.一种用于涂布基材的方法，所述方法选自冷气喷涂、火焰喷涂、高速火焰喷涂、热等离子体喷涂和非热等离子体喷涂， 其特征在于: 所述方法包括以下步骤: 将含有颗粒的粉末涂料材料引入定向至待涂布基材上的介质的步骤，其中所述颗粒具有至多0.1的相对可变形性因子Vm，且所述相对可变形性因子根据式(I)定义:
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述方法选自火焰喷涂和非热等离子体喷涂，并优选为非热等离子体喷涂。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其中粉末涂料材料作为气溶胶传输。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，其中定向至基材上的介质是空气或已经从空 气产生。
【文档编号】C23C4/06GK103827346SQ201280046454
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2012年7月25日 优先权日:2011年7月25日
【发明者】S·赫费纳, M·鲁普雷希特, C·沃尔夫鲁姆, A·赖斯 申请人:埃卡特有限公司