DE102005004242A1 - Verfahren zur Herstellung von Triebwerkteilen - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Triebwerksteilen, umfassend folgende Verfahrensschritte: DOLLAR A - Einbringung von schichtbildenden Materialien in den Heißbereich eines Hochtemperatur-Hochenthalpie-Plasmajets zur Erzeugung eines Gasgemischs mit vollständig in die Gasphase überführten schichtbildenden Materialien, DOLLAR A - Zuführung des Gasgemischs auf einen porösen Formkörper, DOLLAR A - Erzeugung einer kompakten Dickschicht mit schmiedeähnlichen Eigenschaften auf dem Formkörper mittels adiabatischer Abkühlung des Gasgemischs, DOLLAR A - Herstellung einer definierten Kristallstruktur der auf den Formkörper aufgebrachten Dickschicht durch Wärmebehandlung, DOLLAR A - Endbearbeitung des beschichteten Formkörpers zur Herstellung einer aerodynamischen Kontur.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Triebwerkteilen.
  • Bei der Herstellung von Triebwerkteilen, insbesondere bei der Neuteilfertigung von Hohlschaufeln ist es bekannt, dass die Herstellung mittels superplastischen Umformens oder Diffusionsverbindens erfolgt. Diese Herstellungsverfahren sind allerdings technisch sehr aufwendig und kostenintensiv.
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es ein neuartiges Verfahren zur Herzustellung von Triebwerkteilen anzugeben.
  • Diese Aufgaben werden durch die Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführung der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst dabei folgende Verfarensschritte:
    • – Einbringung von schichtbildenden Materialien in den Heißbereich eines Hochtemperatur-Hochenthalpie-Plasmajets zur Erzeugung eines Gasgemischs mit vollständig in die Gasphase überführten schichtbildenden Materialien,
    • – Zuführung des Gasgemischs auf einen porösen Formkörper,
    • – Erzeugung einer kompakten Dickschicht mit schmiedeähnlichen Eigenschaften auf dem Formkörper mittels adiabatischer Abkühlung des Gasgemischs,
    • – Herstellung einer definierten Kristallstruktur der auf den Formkörper aufgebrachten Dickschicht durch Wärmebehandlung,
    • – Endbearbeitung des beschichteten Formkörpers zur Herstellung einer aerodynamischen Kontur.
  • Der Formkörper ist in einer vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Metallschaumkörper oder ein Körper mit metallsicher Wabenstruktur oder eine Struktur aus gesinterten Hohlkugeln.
  • Die schichtbildenden Materialien sind vorteilhaft Pulver, flüssige oder gasförmige Precursoren oder Gemische daraus.
  • Durch die Verwendung eines Hochtemperatur-Hochenthalpie-Plasmajets werden Oberflächentemperaturen der schichtbildenden Materialien erreicht, die zu einer vollständigen Materialverdampfung ausreichend sind. Außerdem wird durch den Hochtemperatur-Hochenthalpie-Plasmajet genügend Strahlenthal pie bereitgestellt um eine vollständige Verdampfung der Materialen in Atome bzw. Mikrocluster zu erreichen.
  • Im Gegensatz wird bei herkömmlichen Herstellungsverfahren, wie z.B. Plasma- oder Flammspritzen nur ein oberflächiges Aufschmelzen der Materialien realisiert, wodurch in aller Regel keine chemische Verzahnung der schichtbildenden Materialien erreicht wird.
  • In einer vorteilhaften Ausführung des Verfahrens erfolgt die Beschichtung des Formkörpers bei Normaldruck oder Niederdruck.
  • Weiterhin bei den bekannten thermischen Spritzverfahren der Materialeintrag, z.B. Pulver außerhalb des Brenners an der Austrittsstelle des Plasmas in den Arbeitsraum. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird hingegen die Zufuhr der schichtbildenden Materialien, auch als Precursoren bezeichnet, noch im Heißbereich des Plasmabrenners realisiert. Dieser Heißbereich liegt im Strömungsverlauf vor der Expansion des Gasgemischs in den Arbeitsraum. Vorteilhaft wird das Gasgemisch einer Expansionsdüse zugeführt, nach der die Gasgemischströmung abkühlt, wodurch in einer Gasphasenkondensation Nanopartikel gebildet werden. Die kinetische Energie der erzeugten Nanopartikel reicht aus um eine kompakte Schicht auf dem porösen Grundkörper zu bilden.
  • Der mit einer kompakten Dickschicht beschichtete Formkörper wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren in eine definierte Kristallstruktur überführt. Dies erfolgt mittels einer Wärmebehandlung, z.B. Auslagerung in einem Gradientenofen.
  • Die erforderliche Endbearbeitung zur Herstellung einer aerodynamischen Endkontur kann vorteilhaft durch entsprechendes mechanische Bearbeitung z.B. Drehen, Fräsen, Glattschleifen oder mittels elektrochemischer Bearbeitung erfolgen, z.B. ECM (electrochemical machining) oder PCM (pulsed electrochemical machining).

Claims (7)

  1. Verfahren zur Herstellung von Triebwerksteilen umfassend folgende Verfahrensschritte: – Einbringung von schichtbildenden Materialien in den Heißbereich eines Hochtemperatur-Hochenthalpie-Plasmajets zur Erzeugung eines Gasgemischs mit vollständig in die Gasphase überführten schichtbildenden Materialien, – Zuführung des Gasgemischs auf einen porösen Formkörper, – Erzeugung einer kompakten Dickschicht mit schmiedeähnlichen Eigenschaften auf dem Formkörper mittels adiabatischer Abkühlung des Gasgemischs, – Herstellung einer definierten Kristallstruktur der auf den Formkörper aufgebrachten Dickschicht durch Wärmebehandlung, – Endbearbeitung des beschichteten Formkörpers zur Herstellung einer aerodynamischen Kontur.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper ein Metallschaumkörper oder ein Körper mit metallsicher Wabenstruktur ist oder ein Sinterkörper aus Hohlkugeln.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasgemisch einer Expansionsdüse zugeführt wird nach der die Plasmaströmung abkühlt und durch Gasphasenkondensation Nanopartikel gebildet werden.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die schichtbildenden Materialien Pulver, flüssige oder gasförmige Precursoren oder Gemische daraus sind.
  5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Endbearbeitung mittels mechanischer oder elektrochemischer Bearbeitung erfolgt.
  6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung des Formkörpers bei Normaldruck oder Niederdruck durchgeführt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die adiabatische Abkühlung des Gasgemischs die Oberflächentemperatur des zu beschichtenden Formkörpers weniger als 530 K beträgt.
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