DE102004022358B3 - Method for coating substrates with hard materials, useful in producing radiation guides, comprises spraying them with induction plasma - Google Patents

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Abstract

Method for coating substrates (40) with hard materials comprises spraying them with an induction plasma (38).

Description

Die Erfindung betrifft ein Hartstoffbeschichtungsverfahren, bei dem eine Hartstoffschicht mittels Plasmaspritzen auf einen Träger aufgebracht wird.The The invention relates to a hard material coating method in which a hard material layer applied by means of plasma spraying on a support becomes.

In der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2004 008452.1 vom 13. Februar 2004 sind Strukturelemente, welche korrosiven und/oder abrasiven Heißgasströmungen standhalten, beschrieben, welche einen faserkeramischen Grundkörper umfassen, wobei der Grundkörper aus einem C-C-Formkörper gebildet ist, welcher in einem an eine Oberseite des Grundkörpers angrenzenden Volumenbereich eine mit Si zu C/C-SiC umgesetzte faserkeramische Struktur aufweist. Mindestens auf einem Teilbereich der Oberseite des Grundkörpers ist eine durch Plasmaspritzen erzeugte keramische Hartstoffschicht aufgetragen. Dadurch wird gewährleistet, daß das Strukturelement korrosiven und/oder abrasiven Heißgasströmungen standhält und dabei gleichzeitig vorteilhafte dynamische und thermoschockbeständige Eigenschaften aufweist.In the not previously published German Patent Application No. 10 2004 008452.1 of 13 February 2004 are structural elements which withstand corrosive and / or abrasive hot gas flows, described, which comprise a fibrous ceramic body, where the main body from a C-C molding is formed, which in a region adjacent to an upper side of the body volume area comprising a fiber-ceramic structure reacted with Si to C / C-SiC. At least on a portion of the top of the body is a applied by plasma spraying ceramic hard coating applied. This will ensure that this Structural element corrosive and / or abrasive hot gas flows withstands and at the same time has advantageous dynamic and thermal shock resistant properties.

In den Artikeln "Plasma Spraying of Boron Carbide Using Pressures up to Two Bar" von W. Malléner und D. Stöver, Proceedings of the 1993 National Thermal Spray Conference, Anaheim, CA, 7-11 June 1983, Seiten 291 bis 295, "Development and test of B4C-covered heat shields for TJ-II" von C. Fuentes et al, Fusion Engineering and Design 56-57 (2001) 315-319, Seiten 315 bis 319, "Young's modulus and residual stress of plasma-sprayed boron carbide coatings" von Y. Zeng et al, Journal of the European Ceramic Society 21 (2001) 87-91, Seiten 87 bis 91 und "Study on Plasma Sprayed Boron Carbide Coating" von Y. Zeng et al, Journal of Thermal Spray Technology, Seiten 129 bis 133 sind plasmagespritzte Borkarbidbeschichtungen beschrieben.In the articles "Plasma Spraying of Boron Carbide Using Pressures up to Two Bar" by W. Maller and D. Stover, Proceedings of the 1993 National Thermal Spray Conference, Anaheim, CA, 7-11 June 1983, pages 291 to 295, " Development and test of B 4 C-covered heat shields for TJ-II "by C. Fuentes et al, Fusion Engineering and design 56 to 57 (2001) 315-319, pages 315-319,"Young's modulus and residual stress of plasma Sprayed boron carbide coatings "by Y. Zeng et al., Journal of the European Ceramic Society 21 (2001) 87-91, pages 87 to 91 and" Study on Plasma Sprayed Boron Carbide Coating "by Y. Zeng et al., Journal of Thermal Spray Technology, pages 129 to 133 plasma-sprayed boron carbide coatings are described.

In dem Artikel "Besonderheiten bei Aufprall und Abkühlung induktionsplasmagespritzter Keramikpartikel" von B. Dzur et al., Galvanotechnik 91 (2000) Nr. 6, Seiten 1674 bis 1679 sind Untersuchungen der Verformung einzelner Partikel auf einem glatten Substrat beschrieben.In the article "Special features on impact and cooling induction plasma-sprayed ceramic particles "by B. Dzur et al., Galvanotechnik 91 (2000) No. 6, pages 1674 to 1679 are investigations of the deformation individual particles on a smooth substrate described.

Aus der US 4,897,282 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung bekannt, wobei Partikel des Beschichtungsmaterials durch Plasmaheizung verdampft werden. Es wird dazu ein induktiv gekoppeltes Plasma verwendet.From the US 4,897,282 a method for producing a coating is known, wherein particles of the coating material are evaporated by plasma heating. An inductively coupled plasma is used for this purpose.

Aus dem Artikel "SiC Coating Synthesis by RF Induction Plasma Spraying from Liquid Silane Precursor" von E. Bouyer et al., Thermal Spray Surface Engineering via Applied Research, Proceedings of the 1St International Thermal Spray Conference, 8. bis 11. Mai 2000, Montreal, Quebec, Kanada, Seiten 919 bis 928 sind Verfahren zur Alpha-/Beta-SiC-Keramiksynthese und -abscheidung beschrieben, bei denen Hochfrequenzinduktionsplasma eingesetzt wird.From the article "SiC Coating Synthesis by RF Induction Plasma Spraying from Liquid Silane Precursor" by E. Bouyer et al., Thermal Spray Surface Engineering via Applied Research, Proceedings of the 1 St International Thermal Spray Conference, May 8 to 11, 2000 , Montreal, Quebec, Canada, pages 919-928 describe methods for alpha / beta SiC ceramic synthesis and deposition utilizing high frequency induction plasma.

Aus dem Artikel "Reactive deposition of tungsten and titanium carbides by induction plasma" von X.L. Jiang et al., Journals of Materials Science 30 (1995), Seiten 2325 bis 2329 ist die Verwendung von Induktionsplasmen für die Vorbereitung von dichten freistehenden Abscheidungen von Wolframcarbid und Titaniumcarbid aus metallischen Pulvern und Methan beschrieben.Out the article "Reactive deposition of tungsten and titanium carbides by induction plasma "by X. L. Jiang et al., Journal of Materials Science 30 (1995), pages 2325 to 2329 is the use of induction plasmas for the preparation of dense freestanding Deposits of tungsten carbide and titanium carbide from metallic Powders and methane described.

Bei dem Plasmaspritzen von Borkarbidschichten treten jedoch erhebliche Probleme auf (siehe den Artikel von W. Malléner und D. Stöver).at However, the plasma spraying of boron carbide layers occur considerably Problems on (see the article by W. Malléner and D. Stöver).

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, das eingangs beschriebene Verfahren so zu verbessern, daß sich auf einfache Weise definierte Hartstoffschichten herstellen lassen.Of the The invention is therefore based on the object described above Process to improve so that can be produced in a simple way defined hard material layers.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Hartstoffschicht mittels eines Induktionsplasmas aufgespritzt wird.These The object is achieved according to the invention in the method mentioned solved that the hard material layer is sprayed by means of an induction plasma.

Ein Induktionsplasma läßt sich im Vergleich mit einem Gleichstrom-Plasma bei gleicher Leistungszufuhr in einem größeren Volumen erzeugen. Ein entsprechender Plasmastrahl weist dann bei einem Induktionsplasma ebenfalls ein höheres Volumen auf. Dadurch lassen sich Partikelgeschwindigkeiten in einem Plasmastrahl, welcher einen Träger zur Aufbringung einer Hartstoffbeschichtung beaufschlagt, im Vergleich zu einem Gleichstrom-Plasma stark reduzieren. Die abrasive Wirkung des in einem Plasmastrahl mitgeführten Spritzgutes ist dadurch stark herabgesetzt. Dies bedeutet, daß Beschädigungen des Trägers durch den Plasma- und Partikelstrahl selber stark verringert sind und die Schichtabtragung durch den Plasmastrahl im Vergleich zu einem Gleichstrom-Plasmastrahl stark verringert ist. Bei der erfindungsgemäßen Lösung, bei der ein Induktionsplasmastrahl zur Schichtaufbringung verwendet wird, erhält man deshalb eine erheblich verbesserte Pulveraufschmelzung bei erheblich verringertem abrasiven Angriff des Trägers.One Induction plasma can be in comparison with a DC plasma with the same power supply in a larger volume produce. A corresponding plasma jet then points at an induction plasma also a higher one Volume up. This allows particle velocities in one Plasma jet, which is a carrier for Applying a hard coating applied, in comparison greatly reduce to a DC plasma. The abrasive effect of the entrained in a plasma jet Injection molding is thereby greatly reduced. This means that damage of the carrier are greatly reduced by the plasma and particle beam itself and the layer removal by the plasma jet compared to a DC plasma jet is greatly reduced. In the inventive solution, in which uses an induction plasma jet for coating application will get Therefore, a significantly improved Pulveraufschmelzung at considerable reduced abrasive attack of the vehicle.

Es lassen sich homogene Schichten herstellen, die eine verringerte Variationsbreite beispielsweise bezüglich Dicke, Porosität und Haftung am Substrat aufweisen.It Homogeneous layers can be produced that reduce one Variation width, for example, in terms of thickness, porosity and adhesion on the substrate.

Insbesondere wird eine Hochfrequenz-Plasmaquelle zur Plasmaerzeugung verwendet. Bei einer Hochfrequenz-Plasmaquelle ist mindestens eine Induktionsspule vorgesehen, in welcher ein Plasma induktiv, das heißt durch induktive Kopplung, erzeugt wird. Wie oben erwähnt, lassen sich Induktionsplasmen in einem größeren Volumenbereich erzeugen als Gleichstrom-Plasmen (Lichtbogenplasmen).In particular, a high frequency plasma source is used for plasma generation. At a High-frequency plasma source is provided at least one induction coil, in which a plasma is generated inductively, that is by inductive coupling. As mentioned above, induction plasmas can be produced in a larger volume range than DC plasmas (arc plasmas).

Insbesondere wird ein Plasmastrahl mittels eines Induktionsplasmas erzeugt. Über den Plasmastrahl läßt sich dann eine Hartstoffbeschichtung auf einen Träger aufbringen. Insbesondere lassen sich Pulvermaterialien zur Schichterzeugung aufschmelzen.Especially a plasma jet is generated by means of an induction plasma. On the Plasma jet can be then apply a hard coating on a carrier. Especially can be melted powder materials for layer production.

Als "Aufschmelzmaterial" wird insbesondere ein Hartstoffmaterial einem Plasmaraum, in dem ein Induktionsplasma erzeugt wird, zugeführt. Der Plasmaraum ist der Raum, in dem das Plasma entsteht. Entsprechende Hartstoffmaterialpartikel werden dann durch den Plasmastrahl als Partikelstrahl mitgeführt und aufgeschmolzen und auf den Träger aufgebracht, wo durch Erstarrung der schmelzflüssigen Partikel eine Hartstoffschicht erzeugt wird.As "melting material" is in particular a Hard material a plasma space in which an induction plasma is generated, fed. The plasma space is the space in which the plasma is created. Appropriate Hard material particles are then through the plasma jet as Entrained particle beam and melted and applied to the support, where by solidification the molten particles a hard material layer is produced.

Insbesondere wird das Hartstoffmaterial in Pulverform zugeführt. Dadurch läßt sich ein gleichmäßiger Auftrag zur Schichtherstellung erreichen.Especially the hard material is supplied in powder form. This can be done a uniform order to achieve layer production.

Es hat sich als günstig erwiesen, wenn das Hartstoffmaterial mit einem Trägergas dem Plasmaraum zugeführt wird. Es läßt sich dadurch eine homogene Pulverzufuhr zu dem Plasmaraum sicherstellen, wobei die Pulverzufuhr insbesondere im wesentlichen pulsfrei ist. Dadurch wiederum lassen sich Schichten herstellen, die homogen sind, das heißt wenig variieren beispielsweise bezüglich Dicke, Porosität und Haftung auf dem Träger.It has been considered favorable proved when the hard material with a carrier gas the Plasma room supplied becomes. It can be thereby ensuring a homogeneous supply of powder to the plasma space, wherein the powder feed is in particular substantially pulse-free. This in turn makes it possible to produce layers that are homogeneous, that means little for example, vary Thickness, porosity and liability on the carrier.

Insbesondere wird das Hartstoffmaterial als Aerosol in einem Trägergasstrom dem Plasmaraum zugeführt. Dadurch läßt sich eine gleichmäßige homogene Hartstoffmaterialzufuhr zum Plasmaraum gewährleisten.Especially For example, the hard material is aerosolized in a carrier gas stream supplied to the plasma room. This can be done a uniform homogeneous Ensure hard material supply to the plasma chamber.

Es hat sich als günstig erwiesen, wenn das Hartstoffmaterial mittels eines Pulverförderers und insbesondere eines Wirbelschichförderers dem Plasmaraum zugeführt wird. Ein Beispiel eines solchen Pulverförderers ist in der DE 101 34 498 A1 beschrieben.It has proved to be advantageous if the hard material is supplied by means of a powder conveyor and in particular a fluidized bed conveyor to the plasma chamber. An example of such a powder conveyor is in the DE 101 34 498 A1 described.

Insbesondere ist der Pulverförderer so ausgebildet, daß die Zuführung von Hartstoffmaterial in den Plasmaraum im wesentlichen pulsfrei ist. Dies gewährleistet eine homogene gleichmäßige Hartstoffmaterialzuführung in den Plasmaraum. Dadurch wiederum lassen sich homogene Schichten herstellen.Especially is the powder conveyor designed so that the feed of hard material in the plasma space substantially pulse-free is. This ensures a homogeneous uniform hard material supply in the plasma room. This in turn allows homogeneous layers produce.

Günstig ist es, wenn die Förderung des Hartstoffmaterials in einen Plasmaraum an die Plasmaleistung angepaßt wird. Dadurch lassen sich gute Beschichtungsergebnisse erzielen. Wenn die Plasmaleistung im Vergleich zu der Fördermenge zu gering ist, dann läßt sich nur ein Teil des geförderten Materials aufschmelzen. Wenn die Plasmaleistung zu groß ist, dann wird Energie nicht genutzt und unter Umständen wird das Beschichtungsergebnis verschlechtert, weil der Plasmastrahl zu energiereich ist und dadurch das Hartstoffmaterial ganz oder teilweise verdampft wird.Cheap is it, if the promotion of the hard material in a plasma space to the plasma power customized becomes. As a result, good coating results can be achieved. If the plasma power is too low compared to the flow, then let yourself only part of the subsidized material melt. If the plasma power is too high, then energy will not used and under circumstances the coating result is degraded because the plasma jet is too high in energy and thus the hard material completely or partially evaporated.

Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn das Hartstoffmaterial axial einem Plasmaraum zugeführt wird. Durch eine axiale Hartstoffmaterialinjektion in den Plasmaraum läßt sich eine bessere Pulveraufschmelzung erreichen.All It is particularly advantageous if the hard material axially Plasma space is supplied. By an axial Hartstoffmaterialinjektion in the plasma space can be achieve a better powder melting.

Insbesondere wird das Hartstoffmaterial dem Plasmaraum zentral zugeführt. Auch dies trägt zu einer verbesserten Pulveraufschmelzung bei.Especially the hard material is supplied to the plasma chamber centrally. Also this carries to an improved powder reflow.

Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn das Hartstoffmaterial im wesentlichen koaxial zu einer Achse des Plasmaraums dem Plasmaraum zugeführt wird. Dadurch haben sich die besten Aufschmelzungsergebnisse erreichen lassen.All It is particularly advantageous if the hard material substantially coaxially to an axis of the plasma chamber is supplied to the plasma chamber. As a result, the best melting results have been achieved to let.

Konstruktiv günstig ist es, wenn zur Hartstoffschichtaufbringung der Träger relativ zu einer Plasmaquelle bewegt wird und insbesondere in einer Ebene bewegt wird. Dadurch läßt sich eine flächige Schicht herstellen, ohne daß die Plasmaquelle selber bewegt werden muß.constructive Cheap it is when relative to the hard material layer application of the carrier is moved to a plasma source and in particular in a plane is moved. This can be done a flat layer produce without the Plasma source itself must be moved.

Zur Plasmabildung wird ein Arbeitsgas eingesetzt. Es ist günstig, wenn dieses Arbeitsgas Helium umfaßt. Helium erhöht die "Zähigkeit" des Plasmas, das heißt der Wärme- und Impulsübertrag vom Plasma auf das Spritzgut wird verbessert.to Plasma formation is a working gas used. It is cheap, though this working gas includes helium. Helium increased the "toughness" of the plasma that is called the heat and momentum transfer from the plasma to the sprayed material is improved.

Es ist ferner günstig, wenn das Arbeitsgas Argon umfaßt. Argon läßt sich leicht ionisieren.It is also cheap when the working gas comprises argon. Argon relaxes ionise easily.

Es hat sich auch gezeigt, daß es günstig ist, wenn das Arbeitsgas Wasserstoff umfaßt. Über Wasserstoff im Arbeitsgas läßt sich eine Enthalpieerhöhung am Ende des Flugwegs aufgrund von Rekombinationswärme bewirken. Darüber hinaus läßt sich mit Wasserstoff einer Oxidation des Trägers vorbeugen.It has also been shown that it Cheap is when the working gas comprises hydrogen. About hydrogen in the working gas let yourself an enthalpy increase at the end of the flight path due to recombination heat. About that out can be with hydrogen to prevent oxidation of the carrier.

Insbesondere ist das Arbeitsgas zur Plasmabildung ein Gemisch, um die günstigen Eigenschaften verschiedener Gase wie leichte Ionisierbarkeit, Verbesserung der Wärmeübertragung und Enthalpieerhöhung auf dem Flugweg nutzen zu können.Especially is the working gas for plasma formation a mixture to the cheap Properties of various gases such as easy ionizability, improvement the heat transfer and enthalpy increase to use on the flight path.

Günstigerweise ist dabei der größte Volumenanteil im Gemisch der Anteil desjenigen Gases, welches wesentlich zur Plasmabildung beiträgt, das heißt desjenigen Gases, welches leicht ionisierbar ist. Insbesondere handelt es sich dabei um einen Argon-Anteil.Conveniently, the largest volume fraction in the mixture is the proportion of that gas which contributes significantly to the plasma formation, the means the gas which is easily ionizable. In particular, it is an argon fraction.

Es ist dann günstig, wenn der kleinste Volumenanteil im Gemisch ein Wasserstoff-Anteil ist, da Wasserstoff schwer zu ionisieren ist.It is then cheap, if the smallest volume fraction in the mixture is a hydrogen component is because hydrogen is hard to ionize.

Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn die Partikelgeschwindigkeit (der Hartstoffmaterialpartikel) beim Auftreffen auf den Träger kleiner als 100 m/s und insbesondere kleiner als 50 m/s ist. Dadurch ist die abrasive Wirkung des Plasma-/Partikelstrahls verringert. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, bei dem ein Induktionsplasma eingesetzt wird, lassen sich auch Partikelgeschwindigkeiten deutlich kleiner als 100 m/s erreichen.All it is particularly advantageous if the particle velocity (the Hard material particles) when hitting the carrier smaller than 100 m / s and in particular less than 50 m / s. This is reduces the abrasive effect of the plasma / particle beam. at the method according to the invention, at When an induction plasma is used, particle velocities can also be determined reach significantly less than 100 m / s.

Es kann vorgesehen sein, daß der Träger ein Faserverbundwerkstoff ist. Es lassen sich dadurch beispielsweise Strukturelemente mit niedrigem Gewicht herstellen. Der Faserverbundwerkstoff, welcher grundsätzlich hochempfindlich ist gegenüber Heißgaskorrosion bzw. abrasiven Partikeln, läßt sich durch die Hartstoffbeschichtung eben schützen.It can be provided that the carrier is a fiber composite material. It can be characterized, for example Producing structural elements with low weight. The fiber composite, which basically is highly sensitive to Hot gas corrosion or abrasive particles, can be through just protect the hard coating.

Beispielsweise enthält der Faserverbundwerkstoff Kohlenstofffasern und/oder keramische Fasern wie SiC-Fasern oder Aluminiumoxid-Fasern.For example contains the fiber composite carbon fibers and / or ceramic Fibers such as SiC fibers or alumina fibers.

Der Träger kann aus einem C/C-SiC-Faserkeramikmaterial hergestellt sein.Of the carrier may be made of a C / C-SiC fiber ceramic material.

Als Hartstoffmaterialien lassen sich beispielsweise Karbide, Boride oder Nitride einsetzen.When Hard material materials can be, for example, carbides, borides or nitrides.

Ein besonders vorteilhaftes Material ist Borkarbid. Borkarbid läßt sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren definiert beispielsweise auf einen Faserverbundwerkstoff aufbringen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren lassen sich Borkarbidschichten herstellen, welche insbesondere eine Dicke kleiner als 1 mm aufweisen. Es lassen sich Schichten mit großer Homogenität insbesondere bezüglich Dicke, Porosität und Haftung auf dem Träger herstellen. Die Beeinflussung des Trägers durch den Plasma-/Partikelstrahl läßt sich minimieren. Borkarbid selber hat den Vorteil, daß ab ca. 1100°C eine höhere Härte als Diamant bei dieser Temperatur hat und deshalb auch vorteilhaft in heißen Atmosphären eingesetzt werden kann. Gemäß dem derzeitigen Forschungsstand ist Borkarbid bei Temperaturen ab 1100°C eine der härtesten bekannten Materialien.One particularly advantageous material is boron carbide. Boron carbide settles with the method according to the invention defined example, apply to a fiber composite material. By the method according to the invention can be produced Borkarbidschichten, which in particular a Thickness smaller than 1 mm. It can be layers with great homogeneity in particular in terms of Thickness, porosity and create adhesion to the carrier. The influence of the carrier by the plasma / particle beam can be minimized. boron carbide itself has the advantage that from about 1100 ° C a higher one Hardness as Diamond at this temperature has and therefore also beneficial in be called Atmospheres used can be. According to the current state of research Boron carbide is one of the hardest known materials at temperatures above 1100 ° C.

Insbesondere wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Hartstoffschicht für ein Strahlruder hergestellt. Strahlruder werden in der Nähe von Austrittsenden von Triebwerken eingesetzt. Mit ihnen läßt sich ein Flugkörper steuern. Strahlruder sind dabei korrosiven und/oder abrasiven Heißgasströmungen ausgesetzt. Durch das erfindungsgemäße Beschichtungsverfahren läßt sich eine Hartstoffbeschichtung herstellen, welche einen entsprechenden Schutz für den Grundkörper des Strahlruders darstellt.Especially is with the method according to the invention a hard material layer for a thruster made. Thrusters are near outlet ends used by engines. With them a missile can be controlled. Thrusters are exposed to corrosive and / or abrasive hot gas flows. By the coating method according to the invention let yourself produce a hard material coating, which provides appropriate protection for the body represents the thruster.

Das erfindungsgemäße Hartstoffbeschichtungsverfahren läßt sich zur Herstellung von Strahlrudern verwenden.The Hard material coating method according to the invention let yourself for the production of jet thrusters use.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:The The following description of preferred embodiments is used in conjunction with the drawing of the closer explanation the invention. Show it:

1 eine schematische Darstellung einer Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; 1 a schematic representation of a system for carrying out the method according to the invention;

2 ein Schliffbild eines mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Borkarbidschicht auf einer C/C-SiC-Faserkeramik und 2 a micrograph of a boron carbide layer produced by means of the inventive method on a C / C-SiC fiber ceramic and

3 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Flugobjekts mit Strahlrudern. 3 a schematic representation of an embodiment of a flying object with Strahlrudern.

Ein Ausführungsbeispiel einer Plasmaspritzanlage, mit welcher sich das erfindungsgemäße Hartstoffbeschichtungsverfahren durchführen läßt, ist in 1 schematisch dargestellt und dort als Ganzes mit 10 bezeichnet. Diese Plasmaspritzanlage 10 umfaßt eine Hochfrequenz-Plasmabrennervorrichtung 12 als Plasmaquelle, in der ein Induktionsplasma (Hochfrequenzplasma) herstellbar ist. Dazu weist die Hochfrequenz-Plasmabrennervorrichtung 12 eine oder mehrere Induktionsspulen 14 auf. Diese mindestens eine Induktionsspule 14 ist in einem Gehäuse 16 angeordnet.An exemplary embodiment of a plasma spraying system with which the hard material coating method according to the invention can be carried out is disclosed in US Pat 1 shown schematically and there as a whole with 10 designated. This plasma spray system 10 includes a high frequency plasma torch apparatus 12 as a plasma source in which an induction plasma (high-frequency plasma) can be produced. For this purpose, the high frequency plasma torch device 12 one or more induction coils 14 on. This at least one induction coil 14 is in a housing 16 arranged.

Die mindestens eine Induktionsspule 14 ist an einen Hochfrequenz-Generator gekoppelt. Entsprechende Anschlüsse sind in 1 durch das Bezugszeichen 18 angedeutet.The at least one induction coil 14 is coupled to a high frequency generator. Corresponding connections are in 1 by the reference numeral 18 indicated.

Durch die mindestens eine Induktionsspule 14 ist in einer Plasmakammer ein Plasmaraum 20 gebildet, in dem eben ein Induktionsplasma (Hochfrequenz-Plasma) erzeugbar ist. Dieser Plasmaraum 20 ist durch die mindestens eine Induktionsspule 14 begrenzt; die Induktionsspule 14 umgibt den Plasmaraum 20. Der Plasmaraum 20 weist eine im wesentlichen zylindrische Gestalt auf.By the at least one induction coil 14 is a plasma chamber in a plasma chamber 20 formed in which just an induction plasma (high-frequency plasma) can be generated. This plasma room 20 is through the at least one induction coil 14 limited; the induction coil 14 surrounds the plasma room 20 , The plasma room 20 has a substantially cylindrical shape.

Zur Plasmaausbildung wird ein Arbeitsgas in den Plasmaraum 20 eingeblasen. Dazu ist eine entsprechende Zuführungsvorrichtung 22 vorgesehen. Diese ist mit einer Arbeitsgasquelle verbunden bzw. mit einer Mischvorrichtung 24, mittels der ein Arbeitsgas als Gemisch unterschiedlicher Gase herstellbar ist. Über Zuführungsleitungen 26, 28 wird dann das Arbeitsgas in den Plasmaraum 20 eingeblasen.For plasma formation, a working gas in the plasma chamber 20 blown. This is a corresponding feeder 22 intended. This is connected to a working gas source or with a mixing device 24 , by means of which a working gas can be produced as a mixture of different gases. Via supply lines 26 . 28 then the working gas in the plasma chamber 20 blown.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird Arbeitsgas als Zentralgas zentral in den Plasmaraum 20 eingekoppelt. Dies erfolgt über die Zuführungsleitung 26. Diese führt zumindest näherungsweise axial in den Plasmaraum 20, wobei eine entsprechende Mündung in den Plasmaraum 20 im wesentlichen koaxial zu einer Achse 30 des Plasmaraum 20 angeordnet ist. Es kann vorgesehen sein, daß dem Zentralgas eine Radialkomponente beim Einblasen erteilt wird.In the embodiment shown, working gas is used as central gas centrally in the plasma chamber 20 coupled. This is done via the supply line 26 , This leads at least approximately axially into the plasma chamber 20 , with a corresponding mouth in the plasma chamber 20 substantially coaxial with an axis 30 the plasma room 20 is arranged. It can be provided that the central gas is given a radial component during injection.

Ferner wird Arbeitsgas als Hüllgas in den Plasmaraum 20 eingeblasen. Die Zuführungsleitung 28 weist dazu eine entsprechende Mündung auf, welche die Mündung der Zuführungsleitung 26 beispielsweise ringförmig umgibt.Further, working gas as sheath gas in the plasma chamber 20 blown. The supply line 28 has to a corresponding mouth, which the mouth of the supply line 26 for example, surrounds annular.

Zur Zuführung von Hartstoffmaterial 32 in den Plasmaraum 20 ist vorzugsweise ein Pulvertörderer 34 vorgesehen. Dieser ist insbesondere als Wirbelschichtförderer ausgebildet, über den Hartstoffmaterial weitgehend pulsfrei dem Plasmaraum 20 zuführbar ist.For feeding hard material 32 in the plasma room 20 is preferably a powder conveyor 34 intended. This is especially designed as a fluidized bed conveyor, on the hard material largely pulse-free the plasma space 20 can be fed.

Ein Beispiel für einen Wirbelschichtförderer ist in der DE 101 34 498 A1 offenbart, auf die ausdrücklich Bezug genommen wird.An example of a fluidized bed conveyor is in DE 101 34 498 A1 discloses, to which reference is expressly made.

Über den Pulverförderer 34 läßt sich Hartstoffmaterial 32 als Aerosol in einem Trägerstrom eines Trägergases dem Plasmaraum 20 zuführen. Dazu ist eine entsprechende Zuführungsleitung 36 vorgesehen. Diese Zuführungsleitung 36 mündet zentral in den Plasmaraum 20, das heißt eine Mündungsöffnung in den Plasmaraum 20 ist zentral angeordnet und liegt insbesondere koaxial zur Achse 30 des Plasmaraums 20. Diese Mündung ist so angeordnet, daß das Hartstoffmaterial 32 axial, das heißt parallel bzw. koaxial zur Achse 30 in den Plasmaraum 20 einführbar ist. Als Trägergas wird beispielsweise Argon verwendet, welches sich leicht ionisieren läßt.About the powder conveyor 34 can be hard material 32 as an aerosol in a carrier stream of a carrier gas to the plasma chamber 20 respectively. This is a corresponding supply line 36 intended. This supply line 36 flows centrally into the plasma chamber 20 that is, a mouth opening into the plasma space 20 is centrally located and is in particular coaxial with the axis 30 of the plasma room 20 , This mouth is arranged so that the hard material 32 axially, that is parallel or coaxial with the axis 30 in the plasma room 20 is insertable. As a carrier gas, for example, argon is used, which can be ionized easily.

In der Hochfrequenz-Plasmabrennervorrichtung 12 wird ein Plasma-/Partikelstrahl 38 erzeugt, über den sich Hartstoffmaterial 32 auf einen Träger 40 zur Herstellung einer Hartstoffbeschichtung aufschmelzen läßt. Ein solcher Aufspritzvorgang erfolgt in einem Reaktor 42, in welchem der Träger 40 positioniert wird. Der Plasma-/Partikelstrahl 38 tritt aus der Hochfrequenz-Plasmabrennervorrichtung innerhalb des Reaktors 42 aus. Zur Formung des Plasma-/Partikelstrahls 38 beim Austritt kann eine entsprechende Düse an der Hochfrequenz-Plasmabrennervorrichtung 12 angeordnet sein.In the high frequency plasma torch apparatus 12 becomes a plasma / particle beam 38 generated over the hard material 32 on a carrier 40 melts to produce a hard coating. Such an injection process takes place in a reactor 42 in which the carrier 40 is positioned. The plasma / particle beam 38 exits the high frequency plasma torch device within the reactor 42 out. For shaping the plasma / particle beam 38 at the exit, a corresponding nozzle may be attached to the high frequency plasma torch apparatus 12 be arranged.

Der Träger 40 ist vorzugsweise auf einem beweglichen Trägerhalter positioniert. Dieser ist beispielsweise als Schlitten ausgebildet, welcher einen oder mehreren Koordinatenrichtungen beweglich ist. (In dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist diese Beweglichkeit durch die X-Richtung und Z-Richtung angedeutet. Es kann auch noch eine Beweglichkeit in Y-Richtung vorgesehen werden.) Es kann auch eine Schwenkbarkeit bzw. Rotation vorgesehen sein.The carrier 40 is preferably positioned on a movable carrier holder. This is for example designed as a carriage, which is one or more coordinate directions movable. (In the embodiment according to 1 this mobility is indicated by the X direction and Z direction. It can also be provided a mobility in the Y direction.) It can also be provided a pivoting or rotation.

In einem Arbeitsraum 44 des Reaktors 32 sind definierte Druckverhältnisse einstellbar. Insbesondere lassen sich Unterdruckbedingungen einstellen. Dazu sind an den Reaktor 42 eine oder mehrere Pumpen 46 gekoppelt, um so insbesondere einen definierten Druck in dem Reaktor 42 einstellen zu können. Es sind vorzugsweise auch entsprechende Filter vorgesehen, um Partikel von der oder den Pumpen 46 abhalten zu können.In a workroom 44 of the reactor 32 are defined pressure conditions adjustable. In particular, negative pressure conditions can be set. These are to the reactor 42 one or more pumps 46 coupled, in particular a defined pressure in the reactor 42 to be able to adjust. Preferably, corresponding filters are also provided to remove particles from the pump or pumps 46 to be able to hold.

Das erfindungsgemäße Hartstoffbeschichtungsvertahren funktioniert wie folgt:
In dem Plasmaraum 20 wird ein Induktionsplasma (Hochfrequenz-Plasma) erzeugt. Dazu wird die mindestens eine Induktionsspule 14 über den Hochfrequenz-Generator mit einem hochfrequenten Wechselfeld beaufschlagt. Das Plasma entsteht in dem Arbeitsgas durch induktive Energieeinkopplung.
The hard material coating process according to the invention functions as follows:
In the plasma room 20 An induction plasma (high-frequency plasma) is generated. For this purpose, the at least one induction coil 14 acted upon by the high-frequency generator with a high-frequency alternating field. The plasma is produced in the working gas by inductive energy coupling.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Arbeitsgas ein Gemisch ist aus einem Gas, welches leicht ionisierbar ist, wie beispielsweise Argon und einem Gas, welches für einen guten Wärmeübertrag sorgt, wie beispielsweise Helium. Ferner ist es günstig, wenn Wasserstoff hinzu gemischt wird, da über Wasserstoff eine Enthalpieerhöhung im Flugweg erzielt wird. Über Wasserstoff läßt sich weiterhin einer Oxidation des Trägers 40 vorbeugen.It has proved to be advantageous if the working gas is a mixture of a gas which is easily ionizable, such as argon and a gas which ensures a good heat transfer, such as helium. Furthermore, it is favorable if hydrogen is mixed in, since an increase in enthalpy in the flight path is achieved via hydrogen. About hydrogen can be further an oxidation of the carrier 40 prevent.

Es hat sich als günstig erwiesen, wenn der größte Anteil im Gemisch der Argon-Anteil ist und der kleinste Anteil im Gemisch der Wasserstoff-Anteil ist. Beispielsweise werden auf ca. 90 Liter Argon 20 Liter Helium und 2 Liter Wasserstoff zugemischt.It has proved to be favorable when the largest proportion in the mixture is the argon content and the smallest proportion in the mixture is the hydrogen content. For example, about 90 liters of argon 20 Liters of helium and 2 liters of hydrogen mixed.

In dieses Induktionsplasma wird das Hartstoffmaterial 32 als Pulver zentral eingeführt.Into this induction plasma becomes the hard material 32 introduced centrally as a powder.

Der (Unterschall-)Plasma-/Partikelstrahl 38 wird auf den Träger 40 gerichtet, wobei dann das Hartstoffmaterial aufgeschmolzen wird, um so eine Hartstoffbeschichtung herzustellen. Durch Bewegung des Trägers 40 in dem Reaktor 42 in der X- und Y-Richtung läßt sich eine flächige Schicht herstellen. Durch Schwenken bzw. Rotation des Trägers 40 lassen sich auch Kanten und Stirnseiten beschichten.The (subsonic) plasma / particle beam 38 gets on the carrier 40 directed, in which case the hard material is melted, so as to produce a hard material coating. By movement of the vehicle 40 in the reactor 42 in the X and Y directions, a flat layer can be produced. By pivoting or rotation of the carrier 40 It is also possible to coat edges and front sides.

Über die Beweglichkeit in Z-Richtung läßt sich der Abstand zwischen der Hochfrequenz-Plasmabrennervorrichtung 12 und dem Träger 40 einstellen.The mobility in the Z direction allows the distance between the high-frequency plasma torch device 12 and the carrier 40 Adjustab len.

Es hat sich als günstig erwiesen, wenn das Plasmaspritzen unter atmosphärennahem Druck erfolgt. Beispielsweise liegt der Druck im Reaktor 42 zwischen ca. 300 mbar und 1 bar. Bei zu geringen Drücken ist ein Induktionsplasma nicht mehr stabil und bei Atmosphärendrücken sind die Verhältnisse energetisch ungünstig.It has proven to be beneficial if the plasma spraying is carried out under atmospheric pressure. For example, the pressure is in the reactor 42 between about 300 mbar and 1 bar. At too low pressures an induction plasma is no longer stable and at atmospheric pressures, the conditions are energetically unfavorable.

Bei einem konkreten Ausführungsbeispiel hat eine Plasmakammer 48, in welcher der Plasmaraum 20 gebildet ist, einen Innendurchmesser von 50 mm. Die Frequenz des Beaufschlagungsstroms betrug 500 kHz. Die Plasmaleistung lag zwischen 15 und 40 kW und insbesondere zwischen 22 und 25 kW.In a concrete embodiment has a plasma chamber 48 in which the plasma room 20 is formed, an inner diameter of 50 mm. The frequency of the application current was 500 kHz. The plasma power was between 15 and 40 kW and in particular between 22 and 25 kW.

Die Fördermenge des Hartstoffmaterials 32 in den Plasmaraum 20 war an die Plasmaleistung angepaßt, so daß im wesentlichen das gesamte dem Plasmaraum 20 zugeführte Hartstoffmaterial 32 auch zur Beschichtungsherstellung aufschmelzbar war. Eine typische Zuführungsrate betrug 0,2 g/min.The delivery rate of the hard material 32 in the plasma room 20 was adapted to the plasma power, so that essentially all of the plasma space 20 supplied hard material 32 could also be melted for coating production. A typical feed rate was 0.2 g / min.

Ein Abstand A in der Richtung Z zwischen einem vorderen Ende der Hochfrequenz-Plasmabrennervorrichtung 12 und dem Träger 40 lag zwischen 80 mm und 280 mm.A distance A in the direction Z between a front end of the high frequency plasma torch apparatus 12 and the carrier 40 was between 80 mm and 280 mm.

Als Hartstoffmaterialien eignen sich beispielsweise Karbide, Boride oder Nitride. Ein vorteilhaftes Material ist Borkarbid. Mittels Borkarbid lassen sich sehr harte Beschichtungen erzeugen, die korrosionsfest sind und eine hohe abrasive Festigkeit aufweisen. Eine solche Beschichtung weist eine sehr hohe Härte bei ca. 1100°C auf, so daß entsprechend beschichtete Strukturelemente auch bei entsprechend hohen Temperaturen eine hohe Korrosionsfestigkeit und Abrasionsfestigkeit aufweisen.When Hard materials are, for example, carbides, borides or nitrides. An advantageous material is boron carbide. through Boron carbide can produce very hard coatings that are corrosion resistant are and have a high abrasive strength. Such a coating has a very high hardness at about 1100 ° C on, so that coated accordingly Structural elements even at correspondingly high temperatures a high Have corrosion resistance and abrasion resistance.

Strukturelemente, welche korrosiven und/oder abrasiven Heißgasströmungen standhalten und einen faserkeramischen Grundkörper umfassen, wobei der Grundkörper aus einem C-C-Formkörper gebildet ist, welcher in einem an eine Oberseite des Grundkörpers angrenzenden Volumenbereich eine mit Si zu C-C-SiC umgesetzte faserkeramische Struktur aufweist und bei der mindestens auf einen Teilbereich der Oberseite des Grundkörpers eine durch Plasmaspritzen hergestellte keramische Hartstoffschicht aufgetragen ist, sind in der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2004 008452.1 des gleichen Anmelders (Anmeldedatum 13. Februar 2004) beschrieben. Auf diese Anmeldung wird ausdrücklich Bezug genommen.Structural elements, which corrosive and / or abrasive hot gas flows withstand and a fibrous ceramic body include, wherein the main body formed from a C-C molded body which is in an adjacent to an upper side of the body Volume range one with Si to C-C-SiC reacted fiber-ceramic structure and in at least a portion of the top of the basic body a ceramic hard material layer produced by plasma spraying is applied in the non-prepublished German patent application No. 10 2004 008452.1 of the same Applicant (Filing date 13 February 2004). This application is expressly referred to taken.

Eine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Schicht ist ein Schliffbild in 2 gezeigt. Man erkennt an der unteren Seite den Träger 50, welcher aus einer C/C-SiC-Faserkeramik besteht, das heißt einem Faserkeramikmaterial, in dem Kohlenstofffasern eingebettet sind. Auf diesem Träger 50 ist eine Borkarbidschicht 52 mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens aufgebracht. Diese Borkarbidschicht 52 schützt den darunterliegenden Träger 50 bezüglich Korrosion und Abrasion. Die Körnung des (Borkarbid-)Pulvers bei der Zuführung lag zwischen 8 μm und 32 μm.A layer produced by the method according to the invention is a microsection in FIG 2 shown. It can be seen on the lower side of the carrier 50 which consists of a C / C-SiC fiber ceramic, that is a fiber ceramic material in which carbon fibers are embedded. On this carrier 50 is a boron carbide layer 52 applied by the method according to the invention. This boron carbide layer 52 protects the underlying wearer 50 regarding corrosion and abrasion. The grain size of the (boron carbide) powder in the feed was between 8 μm and 32 μm.

Die in 2 erkennbaren schwarzen Flächen sind keine Poren in der Borkarbidschicht 52 sondern an der Schliffoberfläche verbliebene Tropfen eines Präparationsmittels.In the 2 noticeable black areas are not pores in the boron carbide layer 52 but on the ground surface remaining drops of a preparation.

Erfindungsgemäß wird eine Hartstoffschicht mittels eines Induktionsplasmas, das heißt mittels eines Hochfrequenz-Plasmas aufgespritzt. Bei einem Hochfrequenz-Plasmabrenner läßt sich der Plasmaraum 20 bei gleicher Leistungseinkopplung mit sehr viel größerem Volumen ausbilden als bei einem Gleichstrom-Plasmabrenner (Lichtbogen-Plasmabrenner) mit gleicher Leistungszuführung. Dadurch wiederum hat der Plasmastrahl 38, welcher über das Induktionsplasma erzeugt wird, ein größeres Volumen. Dies ermöglicht eine bessere Pulveraufschmelzung. Insbesondere sind dadurch erheblich kleinere Partikelgeschwindigkeiten von Hartstoffpartikeln in dem Plasmastrahl 38 erreicht. Es lassen sich Geschwindigkeiten kleiner als 50 m/s erzielen. Beispielsweise lassen sich Partikelgeschwindigkeiten erreichen, die weniger als 10 % der entsprechenden Partikelgeschwindigkeiten bei einem Plasmastrahl eines Lichtbogen-Plasmas betragen. Da durch das größere Volumen des Plasmaraums 20 bzw. des Plasmastrahls 38 die Dichte im Plasma verringert ist und dadurch auch geringere Eigenschwingungen vorliegen, läßt sich eben eine geringere Partikelgeschwindigkeit erreichen. Durch die geringere Partikelgeschwindigkeit ist aber wiederum die abrasive Wirkung des Plasmastrahls 38 mit Hartstoffpartikeln erheblich reduziert, so daß der Schichtaufbau auf dem Träger 40 stark verbessert ist.According to the invention, a hard material layer is sprayed by means of an induction plasma, that is to say by means of a high-frequency plasma. In a high-frequency plasma torch can the plasma chamber 20 form with the same power input with a much larger volume than a DC plasma torch (arc plasma torch) with the same power supply. This in turn has the plasma jet 38 , which is generated via the induction plasma, a larger volume. This allows for better powder reflow. In particular, this means considerably smaller particle velocities of hard material particles in the plasma jet 38 reached. It is possible to achieve speeds of less than 50 m / s. For example, particle velocities can be achieved that are less than 10% of the corresponding particle velocities in a plasma arc of an arc plasma. Because of the larger volume of the plasma space 20 or the plasma jet 38 the density in the plasma is reduced and thereby lower natural oscillations are present, just a lower particle velocity can be achieved. Due to the lower particle velocity, however, the abrasive effect of the plasma jet is again 38 significantly reduced with hard particles, so that the layer structure on the support 40 is greatly improved.

Weiterhin wird durch die axiale Injektion des Hartstoffmaterials 32 in den Plasmaraum 20 die Pulveraufschmelzung stark verbessert.Furthermore, by the axial injection of the hard material 32 in the plasma room 20 the powder reflow greatly improved.

Durch die Verwendung eines im wesentlichen pulsfreien Pulverförderers 34 wird eine Homogenisierung der Zufuhr des Hartstoffmaterials 32 in den Plasmaraum 20 sichergestellt. Dadurch wiederum läßt sich gewährleisten, daß homogene Schichten auf dem Träger 40 abgeschieden werden. Durch den entsprechenden Aufspritzvorgang sind starke Variationen in Dicke, Porosität und Trägerhaftung vermieden.By using a substantially pulse-free powder conveyor 34 is a homogenization of the supply of the hard material 32 in the plasma room 20 ensured. This in turn can ensure that homogeneous layers on the support 40 be deposited. The corresponding injection process avoids strong variations in thickness, porosity and carrier adhesion.

Durch die Verwendung eines Induktionsplasmas konnten die in der Literatur (Artikel von W. Malléner und D. Stöver) beschriebenen Probleme gelöst werden und es konnten (siehe 2) Borkarbidbeschichtungen als Beispiel von Hartstoffbeschichtungen auf einem Träger 40 wie beispielsweise einer C/C-SiC-Faserkeramik hergestellt werden. Es wurde beispielsweise eine Beschichtung mit einer Dicke von 0,2 mm einer Kante und einer Flanke eines Strahlruders hergestellt.By the use of an induction plasma, the in the literature (article by W. Mal Léner and D. Stöver) and could (see 2 ) Boron carbide coatings as an example of hard coatings on a substrate 40 such as a C / C-SiC fiber ceramic. For example, a coating having a thickness of 0.2 mm of an edge and an edge of a thruster was produced.

In 3 sind anhand eines Ausführungsbeispiels eines Triebwerks 54 Strahlruder 56a, 56b gezeigt. Solche Strahlruder 56a, 56b lassen sich beispielsweise aus einer C/C-SiC-Faserkeramik herstellen, welche an einer Kante 58 und an Flanken 60a, 60b mit einer Hartstoffschicht beschichtet ist.In 3 are based on an embodiment of an engine 54 thruster 56a . 56b shown. Such thruster 56a . 56b can be prepared, for example, from a C / C-SiC fiber ceramic, which at one edge 58 and on flanks 60a . 60b coated with a hard material layer.

Bei dem Triebwerk 54 ist in einem Gehäuse 62 ein Treibsatz mit einem Feststoffbrennstoff angeordnet. Der Treibsatz 64 kann mit einem zentralen Kanal 66 versehen sein.At the engine 54 is in a housing 62 arranged a propellant with a solid fuel. The propellant 64 can with a central channel 66 be provided.

An ein üblicherweise rückwärtiges Ende 68 des Gehäuses 62 schließt sich ein Heckkonus 70 an, in welchem eine Düse 72 angeordnet ist. Im Betrieb ist diese Düse 72 von einer Heißgasströmung 74 durchsetzt, die sich beim Abbrennen des Treibsatzes 64 ausbildet. Die Heißgasströmung tritt im Bereich des Endes 68 aus dem Gehäuse 62 aus. Die Heißgasströmung 74 tritt in ein treibsatzseitiges Ende 76 der Düse 72 ein und aus einem Austrittsende 78 in die Umgebung aus, wobei die Düse 72 zwischen dem treibsatzseitigen Ende 76 und dem Austrittsende 78 eine Verengung 80 aufweist.At a usually rear end 68 of the housing 62 closes a tail cone 70 in which a nozzle 72 is arranged. In operation, this nozzle 72 from a hot gas flow 74 interspersed when burning the propellant 64 formed. The hot gas flow occurs in the region of the end 68 out of the case 62 out. The hot gas flow 74 enters a propellant end 76 the nozzle 72 on and off an exit end 78 into the environment, with the nozzle 72 between the propellant end 76 and the exit end 78 a narrowing 80 having.

Die Strahlruder 56a, 56b sind nahe des Austrittsendes 78 der Düse 72 vorgesehen. Sie dienen dazu, die Heißgasströmung 74 unmittelbar vor dem Austritt durch das Austrittsende 78 zu beeinflussen, um damit ein Flugobjekt, welches mit dem Triebwerk 54 versehen ist, zu lenken.The thrusters 56a . 56b are near the exit end 78 the nozzle 72 intended. They serve to the hot gas flow 74 immediately before exiting through the exit end 78 to influence, so that a flying object, which with the engine 54 is provided to direct.

Beispielsweise umfaßt der Heckkonus 70 noch zusätzliche äußere, flugstabilisierende Luftleitflächen 82. Diese werden auch als Fins bezeichnet.For example, the tail cone comprises 70 additional additional, air-stabilizing air control surfaces 82 , These are also referred to as fins.

Da die Heißgasströmung 74 bei dem aus Feststoff bestehenden Treibsatz 64 nicht nur heiße Gase sondern aufgrund des Abbrennens des Feststoffs auch korrosive und/oder abrasive Partikel aufweist, müssen die Strahlruder 56a, 56b korrosionsbeständig und beständig gegenüber abrasiven Partikeln sein. Dies wird erfindungsgemäß durch die Beschichtung mittels des Hartstoffmaterials 32 wie beispielsweise Borkarbid erreicht.Because the hot gas flow 74 in the solid propellant 64 not only hot gases but also corrosive and / or abrasive particles due to the burning off of the solid, the thrusters must 56a . 56b resistant to corrosion and resistant to abrasive particles. This is inventively by the coating by means of the hard material 32 such as boron carbide reached.

Auch eine die Heißgasströmung 74 führende Innenwand 84 der Düse 72 kann mit einer entsprechenden Hartstoffbeschichtung versehen sein.Also the hot gas flow 74 leading inner wall 84 the nozzle 72 can be provided with a corresponding hard coating.

Es wird auf die oben erwähnte nicht vorveröffentlichte deutsche Patentanmeldung Nr. 10 2004 008452 verwiesen.It will be on the above mentioned not pre-published German Patent Application No. 10 2004 008452.

Strahlruder 56a, 56b, die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Borkarbid beschichtet wurden, zeigen gegenüber unbeschichteten Strahlrudern deutlich erhöhte Standzeiten. Erst durch die Verwendung eines Induktionsplasmas wurden zufriedenstellende und gute Beschichtungsergebnisse erzielt.thruster 56a . 56b , which were coated by means of the method according to the invention with boron carbide, show compared to uncoated Strahlrudern significantly increased life. Only by the use of an induction plasma satisfactory and good coating results were achieved.

Claims (29)

Hartstoffbeschichtungsverfahren, bei dem eine Hartstoffschicht mittels Plasmaspritzen auf einen Träger aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet , daß die Hartstoffschicht mittels eines Induktionsplasmas aufgespritzt wird.Hard material coating method in which a hard material layer is applied by means of plasma spraying onto a carrier, characterized in that the hard material layer is sprayed by means of an induction plasma. Hartstoffbeschichtungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hochfrequenz-Plasmaquelle zur Plasmaerzeugung verwendet wird.Hard material coating method according to claim 1, characterized in that a High-frequency plasma source is used for plasma generation. Hartstoffbeschichtungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Plasma-/Partikelstrahl mittels eines Induktionsplasmas erzeugt wird.Hard material coating method according to claim 1 or 2, characterized in that a plasma / particle beam is generated by means of an induction plasma. Hartstoffbeschichtungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Hartstoffmaterial einem Plasmaraum, in dem ein Induktionsplasma erzeugt wird, zugeführt wird.Hard material coating method according to one of the preceding Claims, characterized in that hard material a plasma space in which an induction plasma is generated, is supplied. Hartstoffbeschichtungsverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Hartstoffmaterial in Pulverform zugeführt wird.Hard material coating method according to claim 4, characterized in that the Hard material is supplied in powder form. Hartstoffbeschichtungsverfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Hartstoffmaterial mit einem Trägergas dem Plasmaraum zugeführt wird.Hard material coating method according to claim 4 or 5, characterized in that the hard material with a carrier gas supplied to the plasma room becomes. Hartstoffbeschichtungsverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Hartstoffmaterial als Aerosol in einem Trägergasstrom dem Plasmaraum zugeführt wird.Hard material coating method according to claim 6, characterized in that the Hard material as an aerosol in a carrier gas stream the plasma space supplied becomes. Hartstoffbeschichtungsverfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Hartstoffmaterial mittels eines Pulverförderers dem Plasmaraum zugeführt wird.Hard material coating method according to one of claims 5 to 7, characterized in that the Hard material is supplied by means of a powder conveyor to the plasma chamber. Hartstoffbeschichtungsverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Pulverförderer so ausgebildet ist, daß die Zuführung von Hartstoffmaterial in den Plasmaraum im wesentlichen pulsfrei ist.Hard material coating method according to claim 8, characterized in that the powder Feeder is designed so that the feed of hard material in the plasma space substantially pulse-free is. Hartstoffbeschichtungsverfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Pulverförderer ein Wirbelschichtförderer eingesetzt wird.Hard material coating method according to claim 8 or 9, characterized in that a powder conveyor Fluidized bed conveyor is used. Hartstoffbeschichtungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördermenge des Hartstoffmaterials in den Plasmaraum an die Plasmaleistung angepaßt wird.Hard material coating method according to one of the preceding Claims, characterized in that the output of the hard material in the plasma space is adapted to the plasma power. Hartstoffbeschichtungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hartstoffmaterial axial einem Plasmaraum zugeführt wird.Hard material coating method according to one of the preceding Claims, characterized in that the Hard material is fed axially to a plasma chamber. Hartstoffbeschichtungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hartstoffmaterial dem Plasmaraum zentral zugeführt wird.Hard material coating method according to one of the preceding Claims, characterized in that the Hard material is supplied to the plasma chamber centrally. Hartstoffbeschichtungsverfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Hartstoffmaterial im wesentlichen koaxial zu einer Achse des Plasmaraums dem Plasmaraum zugeführt wird.Hard material coating method according to claim 13, characterized in that the Hard material substantially coaxial with an axis of the plasma space supplied to the plasma room becomes. Hartstoffbeschichtungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Hartstoffschichtaufbringung der Träger relativ zu einer Plasmaquelle bewegt wird.Hard material coating method according to one of the preceding Claims, characterized in that the Hard material layer deposition of the supports relative to a plasma source is moved. Hartstoffbeschichtungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Arbeitsgas zur Plasmabildung Helium umfaßt.Hard material coating method according to one of the preceding Claims, characterized in that a Working gas for plasma formation comprises helium. Hartstoffbeschichtungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Arbeitsgas zur Plasmabildung Argon umfaßt.Hard material coating method according to one of the preceding Claims, characterized in that a Working gas for plasma formation comprises argon. Hartstoffbeschichtungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Arbeitsgas zur Plasmabildung Wasserstoff umfaßt.Hard material coating method according to one of the preceding Claims, characterized in that a Working gas for plasma formation comprises hydrogen. Hartstoffbeschichtungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsgas zur Plasmabildung ein Gemisch ist.Hard material coating method according to one of the preceding Claims, characterized in that the Working gas for plasma formation is a mixture. Hartstoffbeschichtungsverfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der größte Volumenanteil im Gemisch ein Argon-Anteil ist.Hard material coating method according to claim 19, characterized in that the largest volume fraction in the mixture is an argon content. Hartstoffbeschichtungsverfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß der kleinste Volumenanteil im Gemisch ein Wasserstoff-Anteil ist.Hard material coating method according to claim 19 or 20, characterized in that the smallest volume fraction in the mixture is a hydrogen content. Hartstoffbeschichtungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikelgeschwindigkeit beim Auftreffen auf den Träger kleiner als 100 m/s ist.Hard material coating method according to one of the preceding Claims, characterized in that the Particle velocity when hitting the carrier smaller than 100 m / s. Hartstoffbeschichtungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger ein Faserverbundwerkstoff ist.Hard material coating method according to one of the preceding Claims, characterized in that the carrier is a fiber composite material. Hartstoffbeschichtungsverfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Faserverbundwerkstoff Kohlenstofffasern und/oder keramische Fasern umfaßt.Hard material coating method according to claim 23, characterized in that the Fiber composite carbon fibers and / or ceramic fibers includes. Hartstoffbeschichtungsverfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger aus einer C/C-SiC-Faserkeramik hergestellt ist.Hard material coating method according to claim 23 or 24, characterized in that the carrier of a C / C-SiC fiber ceramic is made. Hartstoffbeschichtungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Hartstoffmaterial Karbide, Boride oder Nitride eingesetzt werden.Hard material coating method according to one of the preceding Claims, characterized in that as Hard material carbides, borides or nitrides are used. Hartstoffbeschichtungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Borkarbid als Hartstoffmaterial eingesetzt wird.Hard material coating method according to one of the preceding Claims, characterized in that boron carbide is used as hard material. Hartstoffbeschichtungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem eine Hartstoffbeschichtung für ein Strukturelement hergestellt wird, welches der Heißgasführung dient und/oder Heißgasatmosphäre ausgesetzt ist.Hard material coating method according to one of the preceding Claims, in which a hard material coating is produced for a structural element, which serves the hot gas guide and / or hot gas atmosphere is. Verwendung des Hartstoffbeschichtungsverfahrens gemäß einem der vorangehenden Ansprüche zur Herstellung von Strahlrudern.Use of the hard material coating method according to one of the preceding claims for the production of jet thrusters.
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