DE102004058705B3 - Thermisches Beschichtungsverfahren und Einweg-Maskierung dafür - Google Patents

Abstract

Thermische Beschichtungsverfahren sind weit verbreitet, um Werkstücken partiell veränderte Oberflächeneigenschaften zu verschaffen, insbesondere verbesserte Härteeigenschaften. Gängige Maskierungen unterliegen bei der Beschichtung einer hohen Anhaftung von Beschichtungsmaterial und sind deshalb nur befristet formbeständig. Die Reinigung von Beschichtungsanhaftungen ist möglich, aber zeit- und kostenintensiv. DOLLAR A Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine Alternative zu den gängigen Maskierungen und partiellen Beschichtungsverfahren anzugeben. DOLLAR A Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Maskierung aus miteinander verbundenen Partikeln aufgebaut sit. Nach der Beschichtung kann die verschmutzte Maskierung wieder in Einzelpartikel zerkleinert werden, die von den Anhaftungen separiert und erneut zum Aufbau einer Maskierung verwendet werden.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Einweg-Maskierung für ein thermisches Beschichtungsverfahren sowie ein solches thermisches Beschichtungsverfahren gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 4. Ein thermisches Beschichtungsverfahren und eine Maskierung dafür sind bereits aus der DE 199 10 577 A1 bekannt.
• Thermische Beschichtungsverfahren, wie beispielsweise das Plasmaspritzen, das Hochgeschwindigkeitsflammspritzen oder das Lichtbogendrahtspritzen, sind allgemein bekannt und inzwischen weit verbreitet, um Werkstücken partiell veränderte Oberflächeneigenschaften zu verschaffen, insbesondere verbesserte Gleit- oder Härteeigenschaften.
• Vor dem eigentlichen Beschichtungsverfahren wird meist eine Vorbehandlung – die sogenannte Aktivierung - vorgenommen, die häufig durch Bestrahlen mit einem Partikelstrahl erfolgt. Durch diese Aktivierung werden einerseits Oxidschichten auf der Werkstückoberfläche entfernt und andererseits erfolgt eine Aufrauung, die sowohl die Oberfläche vergrößert, als auch eine mechanische Verklammerung der Beschichtung mit der Werkstückoberfläche begünstigt.
• Wichtig ist, dass nur solche Bereiche der Werkstückoberfläche aktiviert und beschichtet werden, die auch dafür vorgesehen sind. Eine aktivierte, nicht beschichtete Oberfläche ist stark korrosionsanfällig. Die Beschichtung kann die Oberflächeneigenschaften wesentlich ändern und sollte daher nur in definierten Bereichen erfolgen. Um dies zu gewährleisten, werden Maskierungen für die Aktivierung und die Beschichtung eingesetzt, vergleiche z.B. DE 199 10 577 A1 oder die JP 07166318 A .
• Gängige Maskierungen sind für mehrfache Anwendung ausgelegt. Sie unterliegen bei der Aktivierung einem hohen Verschleiß sowie bei der Beschichtung einer hohen Anhaftung von Beschichtungsmaterial und sind deshalb nur befristet formbeständig. Die Reinigung von Beschichtungsanhaftungen ist möglich, aber Zeit- und Kostenintensiv. Abrassiv verschliessene Maskierungen müssen komplett neu hergestellt werden.
• Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine Alternative zu den gängigen Maskierungen und partiellen Beschichtungsverfahren anzugeben.
• Die Erfindung ist in Bezug auf die zu schaffende Maskierung und das zu schaffende Verfahren durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 4 wiedergegeben. Die weiteren Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen.
• Die Aufgabe wird bezüglich der zu schaffenden Maskierung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass sie aus miteinander verbundenen Partikeln aufgebaut ist.
• Eine derartige Einweg-Maskierung kann schnell und kostengünstig in großen Stückzahlen durch Verpressen der Partikeln in eine Negativform hergestellt werden.
• Eine Maskierung für den Beschichtungsprozess benötigt keine hohe Stabilität und kann daher durch einfaches Verpressen ohne zusätzliches Bindemittel hergestellt werden.
• Eine Maskierung für den Aktivierungsprozess benötigt etwas höhere Stabilität. Je nach Partikelmaterial reicht bereits die Zugabe von etwas Lösungsmittel (bei Salzpartikeln z.B. Wasser) um durch eine oberflächliche Befeuchtung und Anlösung die Partikeln ausreichend fest miteinander zu verbinden. Höhere Stabilität kann durch die Zugabe von Bindemitteln erreicht werden.
• Idealerweise bestehen die Partikeln für die Maskierung aus demselben Material wie die Strahlpartikeln, z.B. SiO₂, SiC oder Al₂O₃ da so die Aufbereitung und Wiederverwendung der Aktivierungsmaskierung ohne einen Reinigungs- bzw. Trennschritt möglich ist.
• Wird dieselbe Maskierung jedoch sowohl für die Aktivierung als auch die Beschichtung verwendet, so ist immer ein Reinigungs- bzw. Trennschritt erforderlich, um die Maskierungspartikeln von den Beschichtungsresten zu befreien. In diesem Fall kann ohne großen Mehraufwand auch Strahlmaterial verwendet werden, dass sich von dem Maskierungsmaterial unterscheidet.
• Die Aufgabe wird bezüglich des zu schaffenden Verfahrens erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine vorstehend beschriebene Maskierung verwendet wird.
• Dies hat den Vorteil der einfachen, schnellen und kostengünstigen Herstellung als Einweg-Produkt, das noch dazu auf einfache Weise wiederaufbereitet und erneut verwendet werden kann. Dazu muss die Maske nach dem Beschichten bzw. Akti vieren wieder in einzelne Partikeln zerlegt werden, aus denen dann eine neue Maskierung geformt werden kann. Hierzu ist nach einer Beschichtung meist eine Trennung von den Beschichtungsanhaftungen erforderlich.
• Alternativ können die Maskierungsreste bei zu hohem Reinigungsaufwand auch als Strahlmittel wiederverwertet werden.
• Besonders vorteilhaft können die erfindungsgemäße Maskierung und das erfindungsgemäße Verfahren bei der Beschichtung von Innenflächen, insbesondere von Zylinderlaufbahnen eingesetzt werden. Derartige Innenflächen sind meist relativ schwer zugänglich. Trotzdem sollen nur definierte Bereiche aktiviert und beschichtet werden, um reproduzierbare Eigenschaften der Zylinder auch im Serienprozess zu gewährleisten. Dies ist nur mit exakter Maskierung während der verschiedenen Verfahrensschritte möglich.
• Nachfolgend werden anhand zweier Ausführungsbeispiele die erfindungsgemäße Maskierung und das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert:
  Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel sollen die Zylinderlaufbahnen eines Zylinderkurbelgehäuses einer Verbrennungskraftmaschine beschichtet werden. Deren Topologie ist als CAD-Datensatz vorhanden oder kann messtechnisch bestimmt werden. Die Daten, die den äußeren Rand der Zylinderlaufbüchse und dessen Umgebung definieren, bilden den Datensatz der Unterseite einer torus-förmigen Maskierung. Die Oberseite des Maskierung ist eben, die Dicke des Torus beträgt circa 5 mm, um ausreichende Stabilität zu gewährleisten, die Breite circa 10 cm, um das Zylinderkurbelgehäuse vor Aktivierung und Beschichtung zu schützen.
• Aus einem solchen Datensatz werden zwei halbschalige Negativformen hergestellt, z.B. durch Fräsen aus dem Vollen.
• Die Maskierung wird hergestellt, indem die Negativform mit Sand befüllt wird, der angefeuchtet ist und mit Bindemittel Bentonit durchmischt ist. Die befüllte Negativform wird unter Druck von Bar geschlossen und die Maskierung wird gepresst und kann dann entnommen und passgenau auf die Zylinderlaufbüchse aufgesetzt werden.
• Nach der Beschichtung kann die Maskierung durch Klopfen oder Rütteln von der Zylinderlaufbüchse gelöst werden und dann derart zerkleinert werden, dass Maskierungspartikeln und Beschichtungsanhaftungen geteilt werden. Nach der Teilung kann eine Trennung mit üblichen Methoden, z.B. Dichtetrennung, erfolgen. Die wieder vereinzelten Maskierungspartikeln können erneut für den Aufbau einer Maskierung verwendet werden.
• Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel wird eine Aktivierungsmaskierung hergestellt und lediglich bei der Aktivierung der Oberfläche eingesetzt.
• Die Negativform wird wie vorstehend beschriebenen hergestellt. Die Aktivierungsmaskierung wird aus SiC-Partikeln, die mit Bindemittel vermischt sind, durch Pressen hergestellt. Die Aktivierung erfolgt ebenfalls mit SiC-Partikeln.
• Nach der Aktivierung wird die Maskierung gelöst und zerkleinert. Eine Trennung ist diesmal nicht erforderlich, da Maskierung und Strahlmittelaus aus demselben Material bestehen.
• Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Maskierung erweisen sich in den Ausführungsformen der vorstehend beschriebenen Beispiele als besonders geeignet für das thermische beschichten von Zylinderlaufbahnen, insbesonder in der Automobilindustrie.
• Durch ihren Einsatz können erhebliche Vorteile bezüglich der Reproduzierbarkeit der Beschichtung erzielt werden. Aber auch die Herstellung sehr vieler gleicher Einwegmasken aus wiederverwertbaren Partikeln ist kostengünstiger als die Herstellung, wiederholte Reinigung und dauernde Abnutzungskontrolle mehrfach verwendbarer Maskierungen nach dem Stand der Technik.
• Die Erfindung ist nicht nur auf die zuvor geschilderten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern vielmehr auf weitere übertragbar.
• So kann die Maskierung beispielsweise auch aus verpressten, mit Wasser befeuchteten Salzpartikeln hergestellt werden und zur Reinigung nach Benutzung der Maskierung kann der Salz einfach in Wasser gelöst werden.

Claims (7)

1. Einweg-Maskierung für ein thermisches Beschichtungsverfahren dadurch gekennzeichnet, dass sie aus in einer Negativform miteinander verpressten befeuchteten Partikeln aufgebaut ist.
2. Maskierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus miteinander verpressten Sand- oder Salzpartikeln aufgebaut ist.
3. Maskierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus SiO₂, SiC oder Al₂O₃-Partikeln aufgebaut ist.
4. Verfahren zur partiellen thermischen Beschichtung, bei dem ein Teil eines zu beschichtenden Werkstücks mit einer Einweg-Maskierung abgedeckt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Maskierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Maskierung nach dem Beschichten von dem Werkstück entfernt und wieder in einzelne Partikel zerlegt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die wiedergewonnenen Partikel erneut zum Aufbau einer Maskierung verwendet werden.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die die wiedergewonnenen Partikel von Beschichtungsbestandteilen separiert werden.