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Title:
ROLLER FOR A ROLLER FURNACE HAVING AT LEAST ONE COATING ON THE SURFACE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/015132
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a roller for a roller furnace, comprising a roller base body and a coating on the surface, the coating comprising at least one layer, containing: 10.0 - 30.0 wt.% of Si, 10.0 - 30.0 wt.% of Al(OH)3, 1.0 - 3.0 wt.% of B4C, 0.5 - 1.5 wt.% of Y2O3, 0.1 - 1.0 wt.% of Fe2O3, the remainder being Al2O3.

Inventors:
DORST, Hans-Ulrich (Am Tau 7, Rödental, 96472, DE)
HERINGKLEE, Lothar (Martin-Luther-Straße 12, Rödental, 96472, DE)
Application Number:
EP2017/066447
Publication Date:
January 25, 2018
Filing Date:
July 03, 2017
Export Citation:
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Assignee:
SAINT-GOBAIN INDUSTRIEKERAMIK RÖDENTAL GMBH (Oeslauer Strasse 35, Rödental, 96472, DE)
International Classes:
C04B41/87; C04B41/89; F27B9/24
Attorney, Agent or Firm:
LENDVAI, Tomas (Glasstraße 1, Herzogenrath, 52134, DE)
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Claims:
Patentansprüche

1 . Rolle für einen Rollenofen mit einem Rollengrundkörper und einer Beschichtung auf der Oberfläche, wobei die Beschichtung mindestens eine Schicht aufweist, enthaltend: 10,0 - 30,0 Gew.-% Si

10,0 - 30,0 Gew.-% AI(OH)3

1 ,0 - 3,0 Gew.-% B4C

0,5 - 1 ,5 Gew.-% Y203

0,1 - 1 ,0 Gew.-% Fe203

und Rest Al203.

2. Rolle für einen Rollenofen nach Anspruch 1 , wobei die Beschichtung mindestens eine Schicht aufweist, enthaltend:

15,0 - 25,0 Gew.-% Si

15,0 - 25,0 Gew.-% AI(OH)3

1 ,5 - 2,5 Gew.-% B4C

0,8 - 1 ,2 Gew.-% Y203

0,3 - 0,7 Gew.-% Fe203

und Rest Al203.

3. Rolle für einen Rollenofen nach Anspruch 1 , wobei die Beschichtung mindestens eine Schicht aufweist,

a) erste Schicht, enthaltend:

10,0 - 30,0 Gew.-% Si

10,0 - 30,0 Gew.-% AI(OH)3

1 ,0 - 3,0 Gew.-% B4C

0,5 - 1 ,5 Gew.-% Y203

0,1 - 1 ,0 Gew.-% Fe203

und Rest Al203

und

b) zweite Schicht, enthaltend:

10,0 - 30,0 Gew.-% Si

10,0 - 30,0 Gew.-% AI(OH)3

1 ,0 - 3,0 Gew.-% B4C

2,0 - 4,0 Gew.-% Y203.

und Rest Al203.

4. Rolle für einen Rollenofen nach Anspruch 3, wobei die Beschichtung mindestens eine

Schicht aufweist,

a) erste Schicht, enthaltend:

15,0 - 25,0 Gew. -% Si

15,0 - 25,0 Gew. -% AI(OH)3

1 ,5 - 2,5 Gew. -% B4C

0,8 - 1 ,2 Gew. -% Y203

0,3 - 0,7 Gew. -% Fe203

und Rest Al203

und

b) zweite Schicht, enthaltend:

15,0 - 25,0 Gew.-% Si

15,0 - 25,0 Gew.-% AI(OH)3

1 ,5 - 2,5 Gew.-% B4C

2,8 - 3,2 Gew.-% Y203

und Rest Al203.

5. Rolle für einen Rollenofen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Anteil an Al203 in der ersten Schicht 40,0 - 70,0 Gew.-%, bevorzugt 50,0 - 60,0 Gew.-% beträgt und der Anteil an Al203 in der zweiten Schicht 40,0 - 70,0 Gew.-%, bevorzugt 50,0 - 60,0 Gew.- % beträgt.

6. Rolle für einen Rollenofen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die erste Schicht eine Dicke von 0,2 mm bis 1 ,0 mm aufweist.

7. Rolle für einen Rollenofen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die zweite Schicht Dicke von 0,1 mm bis 0,5 mm aufweist.

8. Rolle für einen Rollenofen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Rolle einen Durchmesser von 60 mm bis 80 mm aufweist.

9. Rolle für einen Rollenofen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Wand der Rolle eine Dicke von 6 mm bis 12 mm aufweist.

10. Rolle für einen Rollenofen nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Rolle eine Länge von 2500 mm bis 4000 mm aufweist.

1 1 . Rolle für einen Rollenofen nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Rolle an beiden Enden auf einer Länge von 80 mm bis 100 mm eine Verjüngung aufweist.

12. Verfahren zur Herstellung einer Rolle für einen Rollenofen mit mindestens einer Schicht nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , wobei

a) eine Rolle mit einer ersten wässrigen Suspension beschichtet wird,

b) die beschichtete Rolle bei 90° C bis 120 °C 0,5 bis 2 Stunden getrocknet wird, und

c) die getrocknete Rolle bei 1400 °C bis 1500 °C 6 bis 8 Stunden in einer N2 - Atmosphäre gesintert wird.

13. Verfahren zur Herstellung einer Rolle für einen Rollenofen mit mindestens einer Schicht nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , wobei

a) eine Rolle mit einer ersten wässrigen Suspension beschichtet wird,

b) die beschichtete Rolle bei 90° C bis 120 °C 0,5 bis 2 Stunden getrocknet wird, c) die getrocknete Rolle mit einer zweiten wässrigen Suspension beschichtet wird, d) die beschichtete Rolle bei 90° C bis 120 °C 0,5 bis 2 Stunden getrocknet wird und e) die getrocknete Rolle bei 1400 °C bis 1500 °C 6 bis 8 Stunden in einer N2 - Atmosphäre gesintert wird.

14. Verfahren zur Herstellung einer Rolle für einen Rollenofen nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Rolle in einer N2 -Atmosphäre gesintert, beschichtet wird und die beschichtete Rolle gesintert wird, oder die Rolle beschichtet wird und die beschichtete Rolle gesintert wird.

15. Verwendung einer Rolle für einen Rollenofen mit einer Beschichtung auf der

Oberfläche nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 zum Warmumformen von Metallteilen, insbesondere von AlSi-beschichteten Blechen.

Description:
Rolle für einen Rollenofen mit mindestens einer Beschichtung auf der Oberfläche

Die vorliegende Erfindung betrifft einen beschichteten keramischen Rollengrundkörper, insbesondere zur Verwendung in einem Rollenofen zur Warmumformung von mit AISi beschichteten Blechen sowie ein Verfahren zur Herstellung des beschichteten

Rollengrundkörpers. Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Herstellung solcher Rolle mit einer nicht oxydischen Beschichtung.

Durch Warmumformung von Karosserieteilen im Automobilbau können bei geringeren Fertigungskosten durch Wegfall von Fertigungsschritten und bei geringeren Materialeinsatz gleichzeitig besser ausgehärtete Materialien hergestellt werden. Dazu werden vorgeformte Bauteile in einem Ofen auf 900°C bis 1000 °C erhitzt, von einem Industrieroboter in eine Presse gelegt und bei etwa 700 °C in die gewünschte Form gepresst.

Als Schutz gegen Verzunderung und als Legierungsbestandteil sind die Metallbleche mit einer AlSi-Schutzzschicht überzogen. Zum Erwärmen der Bleche werden überwiegend Rollenöfen eingesetzt, wobei die Stahlbleche meistens direkt auf die Rollen aufgelegt werden oder als Alternative in Warenträgern liegend durch den Rollenofen transportiert werden. Beim Erwärmen der AlSi-beschichteten Stahlbleche auf 900 °C bis etwa 1000°C kommt es zum Erweichen der AlSi-Schutzschicht und in Folge bei Kontakt mit dem Rollenwerkstoff zu Kontaktkorrosion.

Mögliche Korrosionsmechanismen sind eine Diffusion von AISi in das poröse Gefüge der Rolle, Anhaftungen von AISi an der Rollenoberfläche oder eine Reaktion in Form einer chemischen Umwandlung mit dem Rollenwerkstoff. Diffundiert AISi in das Rollengefüge kommt es durch Unterschiede im Ausdehnungskoeffizienten zwischen Rollenmatrix, infiltrierten AISi und korrosionsbedingten Reaktionsprodukten zu Wärmespannungen und in Folge zu Abplatzungen an der Rollenoberfläche oder zum Rollenbruch. Anhaftungen von AISi am Rollenwerkstoff können sich bis zu mehreren Millimetern aufbauen, wodurch es zu Verschiebungen der Stahlbleche während des Transports durch den Ofen kommt und in Folge zu Beschädigung an der faserausgekleideten Ofenwand oder zu Problemen bei der Übernahme der Bleche durch den Industrieroboter.

Für Rollenöfen, die bei Temperaturen > 600°C betrieben werden, sind keramische Rollen aufgrund von Temperaturfestigkeit, Kriechbeständigkeit und

Temperaturwechselbeständigkeit notwendig. Aus der DE 10201 1051270 A1 ist eine Rolle für einen Rollenofen bekannt, welche einen keramischen Rollengrundkörper aufweist, wobei der Rollengrundkörper mit einer oxidischen Tragflächenbeschichtung versehen ist. Die Tragflächenbeschichtung enthält zumindest ein Oxid ausgewählt aus der Gruppe Al 2 0 3 , Zr0 2 , Cr 2 0 3 , Y 2 0 3 , Si0 2 , CaO, MgO, K 2 0, Ti0 2 und/oder FeO in einem Anteil von mindestens 50 Gew.-%.

Aus der EP 2703759 A1 ist ein Tragmittel für Öfen bekannt, in denen metallische

Werkstücke warmumformt werden. Das Tragmittel weist eine Oberfläche aus einem thermostabilen Metalloxid oder Metallnitrid, wie beispielsweise Aluminiumoxid, Boroxid oder Bornitrid auf.

In DE 10201 1051270 A1 und EP 2703759 Alwird Si0 2 als Beschichtungsmittel beschrieben. Die dort beschriebenen Maßnahmen können die Korrosion nicht verhindern, da Si0 2 durch die Schmelze von Nichteisenmetallen benetzt wird und dadurch Si0 2 zu metallischem

Silizium reduziert werden kann. Si0 2 wird häufig für Beschichtungen als keramisches Bindemittel eingesetzt oder ist häufig in Spuren als glasige Phase enthalten.

In EP 0750169 A1 werden Formen einer Rolle für Rollenöfen beschrieben, die zum Brennen von keramischen Fliesen zum Einsatz kommen. Bekannt sind keramische Rollen auf Basis Aluminiumoxid, Mullit, Quarzgut, die jedoch nicht korrosionsbeständig gegen AlSi- Legierungen sind. Bei Rollen auf Basis SiC, besonders bei nichtoxydisch gebundenen SiC, wie nitrid gebundenen SiC oder N-SiC, wird zwar keine Infiltration oder Reaktion mit dem Rollengefüge beobachtet, es kommt aber zu Aufwachsungen.

Die Tragflächenbeschichtung soll die Benetzbarkeit der Rollen gegenüber AlSi- Metallschmelzen verringern. Die Tragfläche der Rolle soll durch die Tragflächenbeschichtung sehr glatt und wenig porös sein. Bekanntlich enthält die Tragfläche dieser Beschichtung zu mindestens ein Oxid, wie Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Chromiumoxid, Yttriumoxid, Siliziumoxid, Kalziumoxid, Magnesiumoxid, Kaliumoxid, Titaniumoxid und/oder Eisenoxid von mindestens 50% Gewicht.

Die bekannten Maßnahmen können eine Korrosion nicht verhindern, da nicht berücksichtigt wurde, dass bei Anwesenheit von Si0 2 , das häufig auch für Beschichtungen als keramisches Bindemittel eingesetzt wird oder in Spuren, häufig als Glasphase vorliegt, der Korrosionsschutz verloren geht, da Si0 2 von der Schmelze benetzt wird und zu metallischen Silizium reduziert werden kann. In DE 10201 1051270 A1 und EP 2703759 A1 wird Si0 2 als mögliches Beschichtungsmittel gelistet

Bei der Warmumformung mit AISi beschichteten Blechen ergibt sich das Problem, dass die Werkstoffe der Rollen in den Rollenöfen mit dem AISi der Beschichtung der Werkstücke chemisch reagieren und daher die Standzeit der Rollen gering ist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Rolle für einen Rollenofen für die Warmumformung mit AISi beschichteten Metallteilen bereitzustellen, die eine deutlich längere Standzeit und eine höhere Lebensdauer als bekannte Rollen aufweist.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten Rollenofen für die Erwärmung von beschichteten Stahlblechen bereitzustellen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch eine Rolle für einen Rollenofen mit einer verbesserten Beschichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird daher durch eine Rolle für einen Rollenofen mit einem Rollengrundkörper und einer Beschichtung auf der Oberfläche gelöst, wobei die Beschichtung eine Schicht aufweist, enthaltend:

10,0 - 30,0 Gew. -% Si

10,0 - 30,0 Gew. -% AI(OH) 3

1 ,0 - 3,0 Gew. -% B 4 C

0,5 - 1 ,5 Gew. -% Y 2 0 3

0,1 - 1 ,0 Gew. -% Fe 2 0 3

und Rest AI2O 3 und unvermeidbare Verunreinigungen.

Der Anteil an Al 2 0 3 kann von 40,0 Gew.-% bis 70,0 Gew.-% betragen. Der Anteil von Al 2 0 3 kann bis zu 78,4 Gew.-% betragen.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist eine Rolle, wobei die Beschichtung eine Schicht aufweist, enthaltend:

15,0 - 25,0 Gew.-% Si 15,0 - 25,0 Gew.-% AI(OH) 3

1 ,5 - 2,5 Gew.-% B 4 C

0,8 - 1 ,2 Gew.-% Y 2 0 3

0,3 - 0,7 Gew.-% Fe 2 0 3

und Rest Al 2 0 3 und unvermeidbare Verunreinigungen.

Der Anteil an Al 2 0 3 kann bevorzugt von 50,0 Gew.-% bis 60,0 Gew.-% betragen. Der Anteil an Al 2 0 3 kann bis zu 67,4 Gew.-% betragen.

Mit dieser Beschichtung werden bei der Warmumformung von mit AISi beschichteten Metallteilen gute Ergebnisse erzielt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird weiter durch eine Rolle für einen Rollenofen mit einem Rollengrundkörper und einer Beschichtung auf der Oberfläche gelöst, wobei die Beschichtung mindestens eine Schicht aufweist, a) erste Schicht, enthaltend:

10,0 - 30,0 Gew.-% Si

40,0 - 70,0 Gew.-% Al 2 0 3

10,0 - 30,0 Gew.-% AI(OH) 3

1 ,0 - 3,0 Gew.-% B 4 C

0,5 - 1 ,5 Gew.-% Y 2 0 3

0,1 - 1 ,0 Gew.-% Fe 2 0 3

und Rest Al 2 0 3 und unvermeidbare Verunreinigungen.

Der Anteil an Al 2 0 3 kann von 40,0 Gew.-% bis 70,0 Gew.-% betragen. Der Anteil von Al 2 0 3 kann bis zu 78,4 Gew.-% betragen. und

b) zweite Schicht, enthaltend:

10,0 - 30,0 Gew.-% Si

40,0 - 70,0 Gew.-% Al 2 0 3

10,0 - 30,0 Gew.-% AI(OH) 3

1 ,0 - 3,0 Gew.-% B 4 C

2,0 - 4,0 Gew.-% Y 2 0 3

und Rest Al 2 0 3 und unvermeidbare Verunreinigungen.

Der Anteil an Al 2 0 3 kann bevorzugt von 40,0 Gew.-% bis 70,0 Gew.-% betragen. Der Anteil an Al 2 0 3 kann bis zu 77,0 Gew.-% betragen. Die Erste Schicht (a) ist erfindungsgemäß eine Grundschicht. Die zweite Schicht (b) ist erfindungsgemäß eine Deckschicht.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist eine Rolle, wobei die Beschichtung mindestens eine Schicht aufweist, enthaltend: a) erste Schicht, enthaltend

15,0 - 25,0 Gew. -% Si

15,0 - 25,0 Gew. -% AI(OH) 3

1 ,5 - 2,5 Gew. -% B 4 C

0,8 - 1 ,2 Gew. -% Y 2 0 3

0,3 - 0,7 Gew. -% Fe 2 0 3

und Rest AI2O 3 und unvermeidbare Verunreinigungen.

Der Anteil an Al 2 0 3 kann bevorzugt von 50,0 Gew.-% bis 60,0 Gew.-% betragen. Der Anteil an Al 2 0 3 kann bis zu 67,4 Gew.-% betragen. und

b) zweite Schicht, enthaltend:

15,0 - 25,0 Gew.-% Si

15,0 - 25,0 Gew.-% AI(OH) 3

1 ,5 - 2,5 Gew.-% B 4 C

und Rest AI2O 3 und unvermeidbare Verunreinigungen.

Der Anteil an Al 2 0 3 kann bevorzugt von 50,0 Gew.-% bis 60,0 Gew.-% betragen. Der Anteil an Al 2 0 3 kann bis zu 65,7 Gew.-% betragen.

Mit dieser Beschichtung werden bei der Warmumformung von mit AISi beschichteten Metallteilen gute Ergebnisse erzielt.

Die erfindungsgemäße Rolle enthält eine Schicht, die erste oder die Grundschicht. Die Grundschicht ist eine im Vergleich zu der zweiten Schicht oder Deckschicht eine harte Schicht. Für den Langzeitgebrauch hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die weichere Deckschicht aufzutragen. Die Deckschicht nutzt sich durch Verschleiß zwar ab, da die harte Grundschicht vorhanden ist, kann die Rolle wesentlich länger betrieben werden als herkömmliche Rollen für einen Rollenofen. Daher ist eine Rolle mit zwei erfindungsgemäßen Schichten sehr vorteilhaft.

Die Rolle für die Warmumformung von mit AISi beschichteten Metallteilen enthält bevorzugt: einen feuerfesten Grundkörper,

eine Grundschicht, enthaltend Al 2 0 3 und Si 3 N 4 an der Außenfläche des feuerfesten Grundkörpers, beispielsweise 67 Gew.-% Al 2 0 3 und 31 Gew.-% Si 3 N 4 . Der Rest sind Sinterhilfsmittel etwa 0,5 Gew.-% Fe 2 0 3 und etwa 1 Gew.-% Y 2 0 3 .

eine Deckschicht, enthaltend im gebrannten Zustand Si 3 N 4 oder Siliziumoxinitrid oder Silizium-M-oxinitrid, wobei M mindestens eines der Elemente AI, Ca, Mg, Y ist, auf der Oberseite der Grundschicht, wobei der Anteil von freiem Si0 2 in der Schichtoberfläche < 5 Gew.-%, bevorzugt < 1 Gew.-% der Oberflächenschicht ist.

Der feuerfeste Grundkörper wird vorzugsweise auf der Basis von feuerfestem Material, wie Mullit, Al 2 0 3 , Si0 2 und/oder SiC hergestellt. Erfindungsgemäß werden bei porösen Materialien die Poren durch einen Schutzschicht Primer verschlossen, um Oxidation und Metallinfiltration zu verhindern.

Die Grundschicht basiert auf einer AI 2 0 3 /Si 3 N 4 -Sole mit einer durchschnittlichen d50 200 nm Korngröße. Der Al 2 0 3 Gehalt beträgt vorzugsweise 50 Gew.-% bis 80 Gew.-%. Der Si 3 N 4 Gehalt vorzugsweise zwischen 20 Gew.-% bis 50 Gew.-% und liegt besonders bevorzugt bei etwa 31 Gew.-%. Die Grundschicht wird bei einer Temperatur von etwa 1470 °C in einer N 2 Atmosphäre gebrannt. Die Grundschicht und die Deckschicht können auch gemeinsam gebrannt werden.

Die Deckschicht kann Si 3 N 4 , Siliziumoxinitrid, SiAlON oder Gemische davon enthalten. Die Korngröße beträgt von 0,1 μηη bis 150 μηη. Der Si 3 N 4 beträgt bevorzugt 20 Gew.-% bis 70 Gew.-%. Der Aluminiumgehalt beträgt bevorzugt 20 Gew.-% bis 70 Gew.-%. Der Gehalt an B 4 C beträgt vorzugsweise 1 Gew.-% bis 10 Gew.-%.

Die Rolle für einen Rollenofen kann unterschiedliche Formen haben. Geläufig sind glatte Rollen und Rollen mit Rippen, wie sie in EP 0750169 A1 zum Brennen von Keramikfliesen beschrieben werden. Rollen mit Rippen ermöglichen, dass Kühlluft auf den Fliesenboden zirkuliert, um thermische Spannungen in dem gesinterten Produkt zu verringern. Rollen mit Rippen werden daher in Rollenöfen mit Schockkühlung verwendet, um Kühlrisse in dem gesinterten Produkt zu vermeiden.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist eine Rolle, wobei die Grundschicht eine Dicke von 0,2 mm bis 1 ,0 mm aufweist. Mit diesen Dicken werden gute Ergebnisse bei der Bearbeitung von AISi beschichteten Metallteilen erreicht.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist eine Rolle, wobei die Deckschicht eine Dicke von 0,1 mm bis 0,5 mm aufweist. Mit diesen Dicken werden gute Ergebnisse bei der Bearbeitung von AISi beschichteten Metallteilen erreicht.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist eine Rolle, wobei die Rolle einen

Durchmesser von 60 mm bis 80 mm aufweist. Mit diesen Durchmessern werden gute Ergebnisse bei der Bearbeitung von AISi beschichteten Metallteilen erreicht.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist eine Rolle, wobei die Wand der Rolle eine Dicke von 6 mm bis 12 mm aufweist. Mit diesen Dicken werden gute Ergebnisse bei der Bearbeitung von AISi beschichteten Metallteilen erreicht.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist eine Rolle, wobei die Rolle eine Länge von 2500 mm bis 4000 mm aufweist. Die Rollenlänge ist sehr vorteilhaft für den Rollenofen.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist eine Rolle, wobei die Rolle an beiden Enden auf einer Länge von 80 mm bis 100 mm eine Verjüngung aufweist.

Das Prinzip einer geringen Wärmeübertragung durch Rollen mit Rippen wird auch für die Warmumformung in Rollenofen angewendet. Dabei soll eine zu starke Abkühlung der Metallteile, zum Beispiel von Blechen oder Metallplatten aufgrund der hohen Masse der Rollen vermieden werden. Daher werden Rollen mit Rippen bevorzugt am Ofenausgang vor der Umladestation zu den Industrierobotern benutzt.

Die erfindungsgemäße Rolle umfasst vorzugsweise eine glatte Rolle oder Rolle mit Rippen, um die Kontaktflächen zwischen dem Metallblech und der Keramikrolle zu vermindern. Die erfindungsgemäße Rolle umfasst eine Rolle mit einer Si0 2 freien Korrosionsschutzbeschichtung auf Basis von Silizium-Nitrid. Die Rippen der Rolle sind so ausgelegt, dass sie sich verjüngen, wobei ein Radius an der Spitze so gewählt ist, dass Abplatzen der spröden Keramik verhindert und Kratzspuren auf den Metallplatten vermieden werden.

Der Grundkörper wird nach an sich bekannten Verfahren wie Extrusion oder Gießen von glatten Rollen und vorzugsweise Gießen von Rollen mit Rippen hergestellt.

Die Rolle könnte erfindungsgemäß aus einem Keramikmaterial der Gruppe Mullit, Alumina, oder SiC, oder deren Mischungen bestehen, vorzugsweise aus SiC Werkstoffen, wie Si-SiC, oder poröse SiC-Werkstoffe, wie N-SiC und R-SiC, vorzugsweise aus Siliziumnitrid, Siliziumoxinitrid, Silicium-M-oxynitrid, oder deren Mischungen.

Da sowohl dichte SiC Werkstoffe, wie Si-SiC, oder poröse SiC-Werkstoffe, wie N-SiC und R- SiC, zum Einsatz kommen können, wird erfindungsgemäß bei porösen Werkstoffen eine erste Schutzschicht ein Primer zum Verschließen der Poren als Schutz gegen Oxidation und zur Verhinderung von Metallinfiltration aufgebracht.

Nach dem Auftragen der ersten Schutzschicht wird die Beschichtung bei 1 10°C bis zur Gewichtskonstanz getrocknet, um dann bei 1200 °C bis 1500°C, vorzugsweise bei 1350 °C bis 1480°C, und einer Haltezeit bis 8 h in nicht-oxidierender Atmosphäre, vorzugsweise unter N 2 -Atmosphäre eingebrannt.

Die SiO-freie Beschichtung beruht vorzugsweise auf Siliziumnitrid, Siliziumoxynitrid, oder Silicium-M-oxynitrid Körnungen mit einer durchschnittlichen Korngröße von 0.1 μηη bis 150μη"ΐ. Der N Gehalt der Schicht nach dem Brennen würde liegt bei 20 Gew.-% bis 80 Gew.-%, vorzugsweise 25 Gew.-% bis 50 Gew.-%. Nach dem Auftragen wird die Beschichtung bei 1 10 °C bis zur Gewichtskonstanz getrocknet. Ein Brand der Si 3 N 4 - Beschichtung erfolgt bei 1200 °C bis 1500 °C, vorzugsweise bei 1350 °C bis 1480 °C und einer Haltezeit von bis 8 h in nicht-oxidierender Atmosphäre, vorzugsweise unter N 2 - Atmosphäre. Durch diese Deckschicht wird die Tragfläche der erfindungsgemäßen Rolle sehr glatt. Durch diese nichtoxydische Tragflächenbeschichtung wird die Reaktion mit nicht Eisen Schmelzungen, wie Aluminium-Siliziumlegierung insbesondere von einem Beschichtungswerkstoff von beschichteten Stahlblechen vermieden.

Die Schichtdicke der Grundschicht beträgt 0,2 mm bis 1 ,0 mm. Die Schichtdicke der Deckschicht beträgt 0,1 mm bis 0,5 mmm. Um den Korrosionswiderstand zu vergrößern und die Nitrid-Beschichtung thermo-chemisch zu stabilisieren, ist es vorteilhaft, dass die Suspension Bormaterial, wie B 4 C, oder/und Y2O 3 Pulver enthält. Der B 4 C und /oder Y 2 0 3 Gehalt liegt zwischen 1 ,5 Gew.-% bis 5 Gew.-% der Schicht nach dem Brennen.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass solche aufgeführte Si 3 N 4 -Beschichtungen unter Einsatzbedingung für Warmumformung unter der kritischen Bedingung einer oxidierenden Atmosphäre ausreichend stabil gegen Oxidation sind. Das Benetzungsverhalten gegenüber AISi-Legierungen verändert sich auch im Langzeiteinsatz durch Si0 2 -Bildung nicht.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird weiter durch ein Verfahren zur Herstellung einer Rolle für einen Rollenofen mit mindestens einer Schicht gelöst, wobei

a) eine Rolle mit einer ersten wässrigen Suspension für die Grundschicht beschichtet wird,

b) die beschichtete Rolle bei 90° C bis 120 °C 0,5 bis 2 Stunden getrocknet wird, und

c) die getrocknete Rolle bei 1400 °C bis 1500 °C 6 bis 8 Stunden in einer N 2 - Atmosphäre gesintert wird.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird weiter durch ein Verfahren zur Herstellung einer Rolle für einen Rollenofen mit mindestens einer Schicht gelöst, wobei

a) eine Rolle mit einer ersten wässrigen Suspension beschichtet wird,

b) die beschichtete Rolle bei 90° C bis 120 °C 0,5 bis 2 Stunden getrocknet wird, c) die getrocknete Rolle mit einer zweiten wässrigen Suspension beschichtet wird, d) die beschichtete Rolle bei 90° C bis 120 °C 0,5 bis 2 Stunden getrocknet wird und e) die getrocknete Rolle bei 1400 °C bis 1500 °C 6 bis 8 Stunden in einer N 2 - Atmosphäre gesintert wird.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Rolle für einen Rollenofen mit mindestens einer Schicht, wobei die Rolle zunächst in einer N 2 - Atmosphäre gesintert wird, danach beschichtet wird und die beschichtete Rolle erneut gesintert wird, oder die Rolle als Grünkörper ungesintert beschichtet wird und die ein oder mehrfach beschichtete Rolle gesintert wird. Die Schichten werden nach an sich bekannten Verfahren zur Beschichtung von Brennhilfsmittel zum Beispiel durch Sprühen oder Tauchbeschichten mit einer wässrigen Aufschlämmung oder Suspension erhalten.

Nach dem Aufbringen der Grundschicht wird vorzugsweise bei etwa 1 10 °C bis zu einem konstanten Gewicht getrocknet.

Nach dem Aufbringen der Deckschicht auf die Grundschicht wird die Rolle vorzugsweise bei etwa 1 10 °C bis zu einem konstanten Gewicht getrocknet. Ein weiteres Brennen wird vorzugsweise in N 2 -Atmosphäre mit einer Haltezeit von bis zu 8 Stunden bei etwa 1470 °C durchgeführt.

Erfindungsgemäß können auch beide Schichten gemeinsam bei einer Temperatur von etwa 1470 °C gebrannt werden.

Die Rolle kann aus allen herkömmlichen und bekannten Keramikmaterialien hergestellt werden. Als Rollenmaterial werden bevorzugt Nitrid-gebundenes SiC, Silizium infiltriertes SiC und rekristallisiertes SiC, Mullit oder Gemische davon verwendet.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch die Verwendung einer Rolle für einen Rollenofen mit einer Beschichtung auf der Oberfläche zum Warmumformen von Metallteilen, insbesondere von AlSi-beschichteten Blechen gelöst.

Die vorliegende Erfindung wird anhand von Beispielen und einer Zeichnung näher erläutert.

Es wurden vier erfindungsgemäße Beispiele und zwei Vergleichsbeispiele durchgeführt.

Als Rollenmaterial wurde Nitrid-gebundenes SiC, Silizium infiltriertes SiC und

rekristallisiertes SiC, Mullit oder Gemische davon verwendet. Die Beschichtung wurde auf eine Rolle mit einem Durchmesser von 40 mm und einer Länge von 300 mm aufgetragen, für die Beurteilung der Haftung der Beschichtung auf einer gekrümmten Oberfläche und für die Korrosionsprüfung auf Platten mit den Ausmaßen von 100 mm x 100 mm x 8 mm.

Für den Korrosionstest wurden die Rollen und Platten mit AISi beschichteten Blechen sowie mit Würfeln aus verdichtetem AISi beladen. Der Test wurde bei 900 °C in oxidierender Atmosphäre über 96 h in einem elektrisch beheizten Laborofen durchgeführt. Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Beispielen und Vergleichsbeispielen sowie einer Zeichnung näher erläutert. Die Erfindung wird dadurch in keiner Weise eingeschränkt.

Beispiel 1

Grundkörper beschichtet nur mit einer Grundschicht

NSiC Grundkörper N-Durance® wurde mit einer wässrigen Suspension AnnaPlast 171 -5

(Tabelle 4) beschichtet

dann bei 1 10 °C 1 Stunde getrocknet und

dann bei 1470 °C 7 Stunden in einer N 2 -Atmosphäre gesintert. Nähere Angaben gehen aus Tabelle 1 hervor.

Beispiel 2

Grundkörper beschichtet mit einer Grundschicht und einer Deckschicht

NSiC Grundkörper N-Durance® wurde mit einer wässrigen Suspension von AnnaPlast 171 -5

(Tabelle 4) beschichtet,

dann bei 1 10 °C 1 Stunde getrocknet,

dann mit einer wässrigen Suspension AnnaPlast 171 -3 (Tabelle 4) beschichtet und dann bei 1 10 °C 1 Stunde getrocknet und

dann bei 1470 °C 7 Stunden in einer N 2 -Atmosphäre gesintert. Nähere Angaben gehen aus Tabelle 1 hervor.

Tabelle 1 : Beispiel 1 und Beispiel 2

Erfindung Beispiel 1 Beispiel 2

Bestandteile Grundkörper Gebrannt enthaltend: Gebrannt enthaltend:

Grundkörper

enthält: N-Durance® N-Durance®

Einfach beschichtet Zweifach beschichtet

Schicht 1 enthält: siehe Apl 171 -5 Apl 171 -5

Schicht 2 enthält: keine 2. Schicht Apl 171 -3

Einbrand 1470 °C - N 2 Atmosphäre 1470 °C - N 2 Atmosphäre

Feldversuch Temperatur 900 °C 900 °C

mit Rollen Zeit < 4000 Std. < 4000 Std.

keine Infiltration oder keine Infiltration oder Reaktion mit dem Reaktion mit dem Rollengefüge,

Rollengefüge, sehr geringe, geringe, gleichmäßige, gleichmäßige, leicht lösbare Anbackung leicht lösbare Anbackung

Ergebnis

Korrosionstest Temperatur 900 °C 900 °C

Zeit 90 Std. 90 Std.

keine Infiltration keine Infiltration

Ergebnis Keine Anbackung Keine Anbackung

Beispiel 3

Grüner Grundkörper beschichtet mit einer Grundschicht, wobei die Schicht Siliziumoxid frei war.

NSiC Grundkörper N-Durance® wurde mit einer wässrigen Suspension von AnnaPlast 171 -5

(Tabelle 4) beschichtet

dann bei 1 10 °C 1 Stunde getrocknet und

dann bei 1470 °C 7 Stunden in einer N 2 -Atmosphäre gesintert. Nähere Angaben gehen aus Tabelle 2 hervor.

Beispiel 4

Grüner Grundkörper beschichtet mit einer Grundschicht und einer Deckschicht, wobei beide Schichten Siliziumoxid frei waren.

NSiC Grundkörper N-Durance® wurde mit einer wässrigen Suspension von (AnnaPlast 171 -

5 (Tabelle 4) beschichtet,

dann bei 1 10 °C 1 Stunde getrocknet,

dann mit einer wässrigen Suspension von AnnaPlast 171 -3 (Tabelle 4) beschichtet und dann bei 1 10 °C 1 Stunde getrocknet und

dann bei 1470 °C 7 Stunden in einer N 2 -Atmosphäre gesintert. Nähere Angaben gehen aus Tabelle 2 hervor.

Tabelle 2: Beispiel 3 und Beispiel 4

Vergleichsbeispiele 1 und 2 (Stand der Technik)

Dazu wurden zwei Grundkörper NSiC Grundkörper N-Durance® einfach mit einer Al 2 0 3 und Si0 2 haltigen Beschichtung beschichtet,

dann bei 1 10 °C 1 Stunde getrocknet und

dann bei 1250 °C 7 Stunden in einer (^-Atmosphäre gesintert. Nähere Angaben gehen aus Tabelle 3 hervor. Tabelle 3: Vergleichsbeispiel 1 und Vergleichsbeispiel 2

Stand der Technik Vergleichsbeispiel 1 Vergleichsbeispiel 2

Bestandteile Grundkörper Gebrannt enthaltend: Gebrannt enthaltend:

Grundkörper Mullitische Rollen

enthält: Mullit, Korund N-Durance®

Einfach beschichtet Einfach beschichtet aus der Gruppe Al 2 0 3 / aus der Gruppe Al 2 0 3 /

Schicht 1 enthält: Si0 2 Si0 2

Schicht 2 enthält: keine 2. Schicht keine 2. Schicht

<1250 °C - 0 2 < 1250 °C - 0 2

Einbrand Atmosphäre Atmosphäre

Feldversuch Temperatur 900 °C 900 °C

mit Rollen Zeit < 4000 Std. < 4000 Std.

Feste, ungleichmäßige

Anhaftung von AISi an Abtrag des

der Rollenoberfläche, Beschichtungsmaterials, AISi diffundiert in das Anhaftung von AISi, "poröse" Rollengefüge, Feste, ungleichmäßige Chemische Anhaftung von AISi an

Umwandlungen führen der Rollenoberfläche.

Ergebnis zum Rollenbruch.

Korrosionstest Temperatur 900 °C 900 °C

Zeit 90 Std. 90 Std.

Infiltration Infiltration

Ergebnis Anbackung Anbackung Wie aus den Tabellen 1 bis 3 hervorgeht haben erfindungsgemäße Rollen eine größere Standzeit als bereits bekannte Rollen. Bekannte Rollen aus den Vergleichsbeispielen zeigen die Nachteile dieser Rollen auf, nämlich Infiltration und Anbackung, was zum Abtrag des Beschichtungsmaterials und auch zum Rollenbruch führt. Das Ergebnis war unerwartet und überraschend.

Die nachstehende Tabelle 4 zeigt die Bestandteile der wässrigen Suspensionen zur Herstellung der Schichten.

Tabelle 4

Die Zeichnung enthält Figur 1.

Die Figur 1 zeigt die Seitenansicht einer Rolle für einen Rollenofen mit einer Beschichtung auf der Oberfläche. Die beschichtete Rolle 1 besteht aus einem Grundkörper 2 und einer Beschichtung auf der Außenfläche des Grundkörpers der Rolle 1 . Die Rolle 1 ist ein hohles Rohr mit einem Hohlraum 3. Die Rolle 1 weist an beiden Enden eine Verjüngung 4 auf, zur Befestigung der Antriebshülse. Die Rolle 1 enthält als Werkstoff N-Durance®. Die Rolle 1 weist beispielhaft einen Durchmesser von 60 mm und eine Längen von 3070 mm auf. Die Rolle 1 ist an beiden Enden auf einer Länge von 80 mm auf einen Durchmesser von 59 mm verjüngt. Die Rolle enthält erfindungsgemäß auf der äußeren Oberfläche eine Beschichtung mit mindestens einer oder mindestens zwei Schichten auf. Referenzzeichen

1 Rolle

Rollengrundkörper

3 Hohlraum der Rolle

Verjüngung an den Enden der Rolle