DE19929116A1

DE19929116A1 - Golfschläger mit spannungsspezifischer Schlagfläche und Verfahren zur Herstellung der Beschichtung

Info

Publication number: DE19929116A1
Application number: DE19929116A
Authority: DE
Inventors: Peter Heinrich; Heinrich Kreye
Original assignee: Linde Gas AG
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1999-06-24
Filing date: 1999-06-24
Publication date: 2000-12-28
Also published as: EP1062990A1; US6679788B1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Golfschläger mit einer Schlagfläche zum Schlagen von Golfbällen und ferner ein Verfahren zum Beschichten eines Golfschlägers zumindest im Bereich der Schlagfläche mittels eines thermischen Spritzverfahrens. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird zur Erhöhung der Standzeiten vorgeschlagen, daß der Golfschläger im Bereich der Schlagfläche zumindest teilweise eine Beschichtung umfaßt, die entweder spannungsneutral ausgebildet ist oder Druckspannungen aufweist. DOLLAR A Die Beschichtung wird mittels eines thermischen Spritzverfahrens mit mittleren Spritzpartikelgeschwindigkeiten über 500 m/s aufgebracht. Die Beschichtung weist bevorzugt Druckspannungen zwischen 0 und 600 MPa auf. Als Spritzpartikel eignen sich insbesondere Hartmetalle, Cermets und/oder Oxide.

Description

Die Erfindung betrifft einen Golfschläger mit einer Schlagfläche zum Schlagen von Golfbällen. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Beschichten eines Golf schlägers zumindest im Bereich der Schlagfläche mittels eines thermischen Spritz verfahrens.

Aus der WO 97/20961 ist die Beschichtung von Schlagflächen von Golfschlägern nach vorangegangener Strukturierung mittels Flammspritzens oder mittels Plasmaspritzens bekannt. Die Beschichtung kann aus metallgebundenen Karbiden (Cermets) oder Oxi den (keramische Verbindungen) bestehen. Die Beschichtung wird dort als hart, homo gen aufgebaut, verschleißfest und mit rauher Oberfläche versehen charakterisiert. Bei den so hergestellten Beschichtungen kann es jedoch zu Rißbildungen kommen, was die Standzeiten bzw. die Lebensdauer der beschichteten Schlagfläche begrenzt.

Die US-5 272 802 beschreibt eine konstruktive Änderung von herkömmlichen Golf schlägern, wobei das thermische Spritzen als eine Methode genannt wird, um Ge wichtselemente auf der Rückseite des Golfschlägers einzubringen. Die Gewichtsele mente verändern lediglich das Trägheitsmoment des Golfschlägers. Eine thermisch gespritzte Funktionsschicht als Schlagfläche ist nicht beschrieben.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Golfschläger und ein Verfahren der eingangs genannten Art aufzuzeigen, durch welche ermöglicht wird, die Stand zeiten und die Einsatzdauer der Beschichtungen auf Schlagflächen von Golfschlägern zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Golfschläger im Bereich der Schlagfläche zumindest teilweise eine Beschichtung umfaßt, die entweder spannungsneutral ausgebildet ist oder Druckspannungen aufweist.

Es wurde festgestellt, daß die aus dem Stand der Technik bekannten Beschichtungen für Schlagflächen von Golfschlägern Zugeigenspannungen aufweisen, welche sich für die Einsatzdauer und die Standzeiten ungünstig auswirken. Erfindungsgemäß werden daher Zugeigenspannungen in der Beschichtung der Schlagfläche vermieden. Viel mehr wird Spannungsneutralität oder bevorzugt Druckspannungen in der Beschichtung vorgeschlagen. Druckspannungen bedeuten, daß die Kohäsion der Partikel in der Schicht verbessert ist und das Material bei sich wechselnder Belastung nicht so schnell zur Rißbildung neigt.

Spannungsneutrale Beschichtungen oder Beschichtungen mit Druckspannungen lassen sich dadurch erzeugen, daß die Beschichtung mittels eines thermischen Spritzverfahrens mit mittleren Spritzpartikelgeschwindigkeiten über 500 mls aufgebracht wird.

Thermische Spritzverfahren zeichnen sich im wesentlichen dadurch aus, daß sie gleichmäßig aufgetragene Beschichtungen von hoher Qualität und Güte ermöglichen. Durch thermische Spritzverfahren aufgetragene Beschichtungen können durch Varia tion der Spritzmaterialien und/oder der Verfahrensparameter an unterschiedliche Anforderungen angepaßt werden. Die Spritzmaterialien können dabei grundsätzlich in Form von Drähten, Stäben oder als Pulver verarbeitet werden. Es kann zusätzlich eine Nachbehandlung vorgesehen sein.

Beim thermischen Spritzen als Beschichtungsverfahren sind als Verfahrensvarianten grundsätzlich das autogene Flammspritzen oder das Hochgeschwindigkeits-Flamm spritzen, das Lichtbogenspritzen, das Plasmaspritzen, das Detonationsspritzen und das Laserspritzen bekannt.

In jüngerer Zeit wurde darüber hinaus ein weiteres thermisches Spritzverfahren ent wickelt, welches auch als Kaltgasspritzen bezeichnet wird. Es handelt sich dabei um eine Art Weiterentwicklung des Hochgeschwindigkeits-Flammspritzens. Dieses Ver fahren ist beispielsweise in der europäischen Patentschrift EP 0 484 533 B1 beschrie ben. Beim Kaltgasspritzen kommt ein Zusatzwerkstoff in Pulverform zum Einsatz. Die Pulverpartikel werden beim Kaltgasspritzen jedoch nicht im Gasstrahl geschmolzen. Vielmehr liegt die Temperatur des Gasstrahles unterhalb des Schmelzpunktes der Zusatzwerkstoffpulverpartikel (EP 0 484 533 B1). Im Kaltgasspritzverfahren wird also ein im Vergleich zu den herkömmlichen Spritzverfahren "kaltes" bzw. ein vergleichs weise kälteres Gas verwendet. Gleichwohl wird das Gas aber ebenso wie in den her kömmlichen Verfahren erwärmt, aber in der Regel lediglich auf Temperaturen unter halb des Schmelzpunktes der Pulverpartikel des Zusatzwerkstoffes. Beim Kaltgas spritzen können die Pulverpartikel auf eine Geschwindigkeit von 300 bis 1600 m/s beschleunigt werden.

Beim Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen oder auch HVOF-Spritzen (High Veloctiy Oxygen Fuel) werden verschiedene Verfahrensgenerationen unterschieden:

Das Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen der ersten Generation und das Hochge schwindigkeits-Flammspritzen der zweiten Generation mit mittleren Spritzpartikelge schwindigkeiten zwischen 400 und 450 m/s und seit 1992 bzw. 1994 das Hochge schwindigkeits-Flammspritzen der dritten Generation mit mittleren Spritzpartikelge schwindigkeiten über 500 m/s.

Für die Erfindung eignet sich also das Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen der dritten Generation mit mittleren Spritzpartikelgeschwindigkeiten über 500 m/s. Systeme der dritten Generation des Hochgeschwindigkeits-Flammspritzens, mit denen die geforder ten Geschwindigkeiten erreicht werden können, sind beispielsweise unter den Bezeich nungen JP 5000, DJ 2600, DJ 2700, Top Gun K und OSU Carbid Jet System bekannt. Für einige Anwendungen ist auch das Kaltgasspritzen vorteilhaft.

Für die Beschichtung der Golfschläger mittels thermischen Spritzens können als Spritz materialien im Rahmen der Erfindung insbesondere Hartmetalle, Cermets (metallge bundene Karbide wie WC-Co, WC-CoCr, Cr₃C₂-NiCr und dergleichen), Oxide (insbe sondere Al₂O₃ und/oder TiO₂) oder Mischungen der vorgenannten Stoffe verwendet werden. Bevorzugt finden Hartmetalle und/oder Cermets Verwendung.

Zur Herstellung der Golfschläger mittels der thermischen Spritzverfahren eignen sich insbesondere Pulver mit Partikelgrößen von 1 µm bis 1 mm, besonders bevorzugt mit 5 bis 100 µm.

Erfindungsgemäß werden - wie oben ausgeführt - zur Beschichtung der Golfschläger mittels thermischen Spritzens mittlere Spritzpartikelgeschwindigkeiten von zumindest 500 m/s beim Aufprall der Partikel vorgeschlagen. Vorteilhafterweise wird die Be schichtung bei mittleren Spritzpartikelgeschwindigkeiten über 550 m/s, bevorzugt über 600 m/s, besonders bevorzugt zwischen 600 und 700 m/s aufgebracht. Durch die erfindungsgemäß höheren Partikelgeschwindigkeiten wird gewährleistet, daß das mit dem Erstarren des Materials auf dem Substrat verbundene Schrumpfen und die daraus resultierenden Zugspannungen durch den Strahleffekt der mit hoher genetischer Energie aufprallenden Partikeln überkompensiert wird.

Erfindungsgemäß weist die Beschichtung Druckspannungen zwischen 0 und 600 MPa, vorzugsweise zwischen 50 und 550 MPa auf. Druckspannungen in den genannten Bereichen lassen sich mit den Systemen der dritten Generation der Hochgeschwindig keits-Flammspritzgeräte ohne weiteres herstellen.

In Ausgestaltung der Erfindung weisen die Beschichtungen eine Härte über 1250 HV 0,3, vorzugsweise über 1300 HV 0,3 auf. Diese erhöhte Härte kann dadurch erreicht werden, daß Systeme der dritten Generation des Hochgeschwindigkeits-Flamm spritzens benutzt werden. Denn mit Systemen der dritten Generation hergestellte Be schichtungen weisen in der Regel eine Härte von etwa 1300 bis 1400 HV 0,3 auf. Mit Systemen der dritten Generation hergestellte Beschichtungen sind damit härter als mittels der zweiten oder ersten Generation des Hochgeschwindigkeits-Flammspritzens oder als mittels Plasmaspritzens hergestellte Schichten, welche eine um etwa 200 HV geringere Härte besitzen.

Die erfindungsgemäßen mit höheren mittleren Spritzpartikelgeschwindigkeiten hergestellten Beschichtungen besitzen geringere Porenanteile und damit einen weiteren Vorteil. Denn dies bedeutet einen höheren Elastizitätsmodul. Beim Schlagen mit dem Golfschläger wird daher weniger Energie im Kopf des Golfschlägers absor biert.

Als Gase für das thermische Spritzen kommen alle für dieses Verfahren bekannten Gase in Betracht.

In Weiterbildung der Erfindung besitzt die Beschichtung einen amorphen und/oder nanokristallinen atomaren Aufbau. Dies ist insbesonder von Vorteil für große Schlagweiten.

Um einen amorphen Zustand in einem Material zu erreichen, muß dieses extrem rasch aus der Schmelze abgekühlt werden. Erfindungsgemäß werden die Spritzpartikel beim Aufprall aus der Schmelze beim Beschichten mittels Hochgeschwindigkeits-Flamm spritzens unter Aufschmelzen der Spritzpartikel mit einer Kühlgeschwindigkeit zwischen 10⁴ K/s und 10⁵ K/s abgekühlt.

Die rasche Abkühlung wird insbesondere in Verbindung mit einer eine Legierung aus Übergangsmetallen (wie Fe, Ni, Co, Mn. . .) und Metalloiden (B, C, Si, P. . .) umfassen den Beschichtung empfohlen. Vorzugsweise umfaßt dabei die Beschichtung 70 bis 90 Atom-% Übergangsmetalle und 30 bis 10 Atom-% Metalloide. Ein diese Vorgaben erfüllender Werkstoff stellt die selbstfließende Nickellegierung vom Typ 60 (Rockwell härte 60 HRC) mit folgender Zusammensetzung (Richtanalyse in Gewichtsprozent) dar:
Cr 13,5 bis 17,5%,
Si 4,25 bis 4,5%,
B 3,0 bis 3,5%,
Fe 4,0 bis 4,75%,
C 0,1 bis 1,0% und
Ni Rest.

Der sich bei rascher Abkühlung einstellende amorphe Zustand ist aber nur bis zu einer Temperatur von 300 bis 400°C thermodynamisch stabil. Beim Spritzen sollte daher eine zu starke Erwärmung der Schichtoberfläche durch die Flamme und eine damit einhergehende Kristallisation vermieden werden. Im Zusammenhang mit der genannten NiCrBSi-Legierung und dem Herstellen einer amorphen Schicht mittels des Hochgeschwindigkeits-Flammspritzens wird auf den Aufsatz von H. Kreye über "High Velocity Flame Spraying - Process and Coating Characteristics", veröffentlicht in den Proceedings zum 2^nd Plasma-Technik-Syposium, Luzern 1991, Vol. 1, Seite 39-47, hingewiesen.

Für die Ausführung weicher Schläge werden Beschichtungen empfohlen, bei denen Energie im Schläger absorbiert wird. Hierzu eignen sich metallische Beschichtungen, die im Spritzprozeß nicht durch Oxidbildung aufgehärtet werden. Eine Oxidbildung und ein damit verbundenes Aufhärten der Beschichtung sollte daher vermieden werden. Derartige Beschichtungen können mittels Hochgeschwindigkeits-Flammspritzens unter Aufschmelzen der Spritzpartikel oder mittels Kaltgasspritzens hergestellt werden.

Umgekehrt kann im Hinblick auf harte Schläge insbesondere beim Hochgeschwindig keits-Flammspritzen unter Aufschmelzen der Spritzpartikel die Beschichtung durch Oxidbildung aufgehärtet werden.

Die thermisch gespritzte Beschichtung kann außer auf die üblichen Grundmaterialien für Köpfe von Golfschlägern auch auf Grundmaterialien aus Aluminium oder Alumi niumlegierungen, aus Kunststoffen, insbesondere aus kohlefaserverstärkten Kunst stoffen, und/oder aus Graphit aufgebracht werden.

Mit der Erfindung können spezielle Eigenschaften durch Variation der Parameter der Beschichtung bzw. des thermischen Spritzverfahrens erzielt werden. Dies können beispielsweise sein:

- Erhöhung des Reibfaktors auf der Schlagfläche, beispielsweise um dem Golfball einen effizienteren Drall zu geben. Zusätzlich ist auch eine Minimierung der Streuung der Schläge möglich. Es eignen sich insbesondere Karbidbeschichtun gen.
- Die Schlagenergie kann optimal auf den Ball übertragen werden. Beispielsweise unterstützt dies materialseitig das bei Golfschlägern häufig verwendete Titan.
- Eine gefühlvolle Einleitung des Schlages auf den Ball - z. B. beim Einputten - kann erreicht werden. Dabei ist weiches Material sinnvoll.
- Die Verschleißbeständigkeit des Golfschlägers kann erhöht werden, beispielsweise beim Benützen des Sandwetches aus dem Bunker.

Claims

1. Golfschläger mit einer Schlagfläche zum Schlagen von Golfbällen, dadurch gekennzeichnet, daß der Golfschläger im Bereich der Schlagfläche zumindest teilweise eine Beschichtung umfaßt, die spannungsneutral ausgebildet ist oder Druckspannnungen aufweist.

2. Golfschläger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung eine mittels eines thermischen Spritzverfahrens mit mittleren Spritzpartikelge schwindigkeiten über 500 m/s aufgebrachte Beschichtung ist.

3. Golfschläger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung Hartmetalle, Cermets und/oder Oxide umfaßt.

4. Golfschläger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung Druckspannungen zwischen 0 und 600 MPa, vorzugsweise zwischen 50 und 550 MPa aufweist.

5. Golfschläger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung eine Härte über 1250 HV 0,3, vorzugsweise über 1300 HV 0,3 auf weist.

6. Golfschläger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung einen amorphen und/oder nanokristallinen atomaren Aufbau besitzt.

7. Golfschläger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung eine Legierung aus Übergangsmetallen und Metalloiden umfaßt.

8. Golfschläger nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung 70 bis 90 Atom-% Übergangsmetalle und 30 bis 10 Atom-% Metalloide umfaßt.

9. Golfschläger nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Golfschläger eine metallische durch Oxidbildung aufgehärtete Beschich tung oder eine metallische unter Vermeiden einer Aufhärtung durch Oxidbildung aufgebrachte Beschichtung aufweist.

10. Golfschläger nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die thermisch gespritzte Beschichtung auf Grundmaterialien aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen, aus Kunststoffen, insbesondere aus kohlefaserverstärkten Kunststoffen, und/oder aus Graphit aufgebracht ist.

11. Verfahren zum Beschichten eines Golfschlägers zumindest im Bereich der Schlag fläche mittels eines thermischen Spritzverfahrens, dadurch gekennzeichnet, daß eine spannungsneutral ausgebildete oder Druckspannnungen aufweisende Be schichtung mittels eines Spritzverfahrens mit mittleren Spritzpartikelgeschwindig keiten über 500 m/s aufgebracht wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung bei mittleren Spritzpartikelgeschwindigkeiten über 550 m/s, bevorzugt über 600 m/s, besonders bevorzugt zwischen 600 und 700 m/s aufgebracht wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß als thermisches Spritzverfahren das Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen unter Aufschmelzen der Spritzpartikel oder das Kaltgasspritzen eingesetzt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß beim Beschichten mittels Hochgeschwindigkeits-Flammspritzens unter Aufschmel zen der Spritzpartikel die Spritzpartikel beim Aufprall aus der Schmelze mit einer Kühlgeschwindigkeit zwischen 10⁴ K/s und 10⁵ K/s abgekühlt werden.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß beim thermischen Spritzen mittels Hochgeschwindigkeits-Flammspritzens unter Aufschmelzen der Spritzpartikel oder mittels Kaltgasspritzens eine Oxidbildung und ein damit verbundenes Aufhärten der Beschichtung vermieden wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß beim thermischen Spritzen mittels Hochgeschwindigkeits-Flammspritzens unter Aufschmelzen der Spritzpartikel die Beschichtung durch Oxidbildung aufgehärtet wird.