DE102006024050A1 - Device for applying coating on surface of workpiece, comprises plasma generator for producing plasma in a plasma chamber, arrangement for producing gas flow through plasma chamber, and device for supplying and inserting coating material - Google Patents

Device for applying coating on surface of workpiece, comprises plasma generator for producing plasma in a plasma chamber, arrangement for producing gas flow through plasma chamber, and device for supplying and inserting coating material Download PDF

Info

Publication number
DE102006024050A1
DE102006024050A1 DE200610024050 DE102006024050A DE102006024050A1 DE 102006024050 A1 DE102006024050 A1 DE 102006024050A1 DE 200610024050 DE200610024050 DE 200610024050 DE 102006024050 A DE102006024050 A DE 102006024050A DE 102006024050 A1 DE102006024050 A1 DE 102006024050A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
plasma
channel
coating material
coating
chamber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE200610024050
Other languages
German (de)
Other versions
DE102006024050B4 (en
Inventor
Patrick Dipl.-Ing. Bachinger (FH)
Mathias Dr.rer.nat Böhmisch
Stefan Dr. Laure
Jürgen Dr. Steinwandel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by DaimlerChrysler AG filed Critical DaimlerChrysler AG
Priority to DE200610024050 priority Critical patent/DE102006024050B4/en
Publication of DE102006024050A1 publication Critical patent/DE102006024050A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102006024050B4 publication Critical patent/DE102006024050B4/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/38—Borides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
    • C23C16/513—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using plasma jets

Abstract

The device for applying a coating on a surface of workpiece, comprises a plasma generator for producing plasma in a plasma chamber (13), an arrangement for producing gas flow through the plasma chamber, device for supplying and introducing a coating material into the gas flow downstream of the plasma chamber, and a nozzle for directing the coating material on the surface. The plasma chamber flows into a plasma channel (14). The device and the workpiece are arranged in a vacuum coating chamber (1). The plasma exists in an arc between a cathode (5) and an anode (6). The device for applying a coating on a surface of workpiece, comprises a plasma generator for producing plasma in a plasma chamber (13), an arrangement for producing gas flow through the plasma chamber, device for supplying and introducing a coating material into the gas flow downstream of the plasma chamber, and a nozzle for directing the coating material on the surface. The plasma chamber flows into a plasma channel (14). The device and the workpiece are arranged in a vacuum coating chamber (1). The plasma exists in an arc between a cathode (5) and an anode (6). The device contains a supply channel for coating material, which flows into the plasma channel. The coating material in the plasma channel exists an evaporating temperature. The plasma channel has a length of 2-10 cm. A supply channel for a reaction material flows into the plasma channel. The nozzle forms a space for an open jet with the coating material in an opening angle of 30-50[deg]. The cross-sectional shape of the nozzle is aligned to the outer shape of the workpiece. A supply channel for an additive flows into the nozzle. The coating material is intermittently supplied to the surface.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufbringen einer Beschichtung auf eine Oberfläche eines Werkstückes nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a device for applying a coating on a surface of a workpiece according to the preamble of claim 1.

Um die Korrosion eines metallischen Werkstückes zu verhindern, kann die Oberfläche des Werkstückes beschichtet werden, so dass das Metall nicht durch aggressive Angriffsmittel aus der Umgebung des Werkstückes zerstört wird. Besonders korrosionsbeständige Beschichtungen ergeben sich durch thermisches Spritzen oder Vakuumbeschichten.Around To prevent the corrosion of a metallic workpiece, the surface of the workpiece be coated so that the metal is not attacked by aggressive from the environment of the workpiece destroyed becomes. Particularly corrosion resistant Coatings result from thermal spraying or vacuum coating.

In der DE 199 37 255 A1 ist eine Brennstoffzelle beschrieben, die Bipolarplatten enthält, welche aggressiven Betriebsfluiden ausgesetzt sind. Die Bipolarplatten aus einem Edelstahl sind jeweils im Verlauf einer thermochemischen Reaktion mit einer elektrisch leitfähigen und oxidationsbeständigen Schicht versehen, die aus mindestens einem der Elemente Bohr, Stickstoff, Kohlenstoff bzw. ihren Verbindungen, wie Eisenborid, Chromnitrid oder Eisencarbid, besteht. Die Schichten werden durch Borieren, Nitrieren, Carburieren, Nitrocarburieren, Plasmanitrieren, Plasmaborieren, Ionenimplantation, wie Stickstoffimplantation, erzeugt.In the DE 199 37 255 A1 For example, a fuel cell containing bipolar plates exposed to aggressive operating fluids is described. The bipolar plates made of a stainless steel are each provided in the course of a thermochemical reaction with an electrically conductive and oxidation-resistant layer, which consists of at least one of the elements Bohr, nitrogen, carbon or their compounds, such as iron boride, chromium nitride or iron carbide. The layers are produced by boriding, nitriding, carburizing, nitrocarburizing, plasma nitriding, plasma processing, ion implantation, such as nitrogen implantation.

Eine in DE 198 05 683 A1 offenbarte Edelmetallbipolarplatte ist mit einer nichtmetallischen Belag aus Kohlenstoff oder elektrisch leitfähigen Keramiken beschichtet. Als mögliche Beschichtungsverfahren dienen plasmagestützte chemische oder physikalische Verfahren zur Dampfabscheidung.An in DE 198 05 683 A1 disclosed precious metal bipolar plate is coated with a non-metallic coating of carbon or electrically conductive ceramics. Possible coating methods are plasma-assisted chemical or physical vapor deposition processes.

Die DE 41 05 407 C2 enthält eine Beschreibung eines Plamaspritzgerätes zum Versprühen von festem, pulverförmigen oder gasförmigen Material. Das Plasmaspritzgerät enthält ein zentral angeordnetes Zuführrohr für Spritzmaterial. Das Zuführrohr endet in der Nähe einer Kathode, so dass das mit einem Trägergas zugeführte Spritzmaterial in den heißen Kern des Plasmas eindringt. Wie bei allen thermischen Spritzverfahren üblich, wird das Spritzmaterial aufgeschmolzen. Durch Variation des Trägergasflusses lässt sich die Anfangsgeschwindigkeit der Spritzmaterialpartikel und die Verweilzeit im Plasma einstellen. Zwischen Kathode und einer Anode erstreckt sich ein Plasmaführungskanal. Das aufgeschmolzene Spritzmaterial wird auf die Oberfläche eines Werkstückes geschleudert.The DE 41 05 407 C2 contains a description of a Plamaspritzgerätes for spraying solid, powdery or gaseous material. The plasma sprayer includes a centrally located feed tube for spray material. The feed tube terminates near a cathode so that the spray material supplied with a carrier gas penetrates into the hot core of the plasma. As usual with all thermal spraying methods, the spray material is melted. By varying the carrier gas flow, the initial velocity of the spray material particles and the residence time in the plasma can be adjusted. Between the cathode and an anode extends a plasma guide channel. The melted spray material is thrown onto the surface of a workpiece.

Gemäß der DE 35 38 390 A1 wird eine Aluminiumsilikatschicht auf ein Substrat mit einem Plasmabrenner in einer Unterdruckumgebung aufgebracht. Das Aluminiumsilikat wird in Pulverform einer sich aufweitenden Düse des Plasmabrenners zugeführt. Je nach Schmelzverhalten wird das Pulver der Düse über einem vorderen oder einem hinteren Einlasskanal zugeführt. Das Plasma wird durch einen Lichtbogen zwischen einer Kathode und einer Anode erzeugt. Die Anode umschließt die stiftförmige Kathode, wobei in der Anode ein Kanal eingebracht ist, dem die Düse folgt. Die Substratoberfläche wird durch Sputterätzen für die Beschichtung vorbereitet.According to the DE 35 38 390 A1 For example, an aluminum silicate layer is applied to a substrate with a plasma torch in a vacuum environment. The aluminum silicate is supplied in powder form to a widening nozzle of the plasma torch. Depending on the melting behavior, the powder is fed to the nozzle via a front or a rear inlet channel. The plasma is generated by an arc between a cathode and an anode. The anode encloses the pin-shaped cathode, wherein in the anode, a channel is introduced, followed by the nozzle. The substrate surface is prepared by sputter etching for the coating.

Bei den bekannten thermischen Spritzverfahren oder Dampfabscheidungsverfahren ist es nicht möglich, kostengünstig Beschichtungen aus hochschmelzenden Metallboriden herzustellen, die widerstandsfähig gegenüber aggressiven Angriffsmitteln sind.at the known thermal spraying method or vapor deposition method it is impossible, economical To produce coatings of refractory metal borides, the resistant across from are aggressive means of attack.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Aufbringen einer Beschichtung auf eine Oberfläche eines Werkstückes zu entwickeln, die mit geringem Aufwand an Material, Kosten und Zeit die Herstellung einer kompakten und gut haftenden, korrosionsbeständigen Beschichtung aus einer hochschmelzenden Metalllegierung ermöglicht.task The invention is an apparatus for applying a coating on a surface a workpiece To develop, with little expenditure of material, costs and Time to make a compact, well-adherent, corrosion-resistant coating made of a refractory metal alloy.

Die Aufgabe wird mit einer Vorrichtung gelöst, welche die Merkmale nach Anspruch 1 aufweist. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich durch die Merkmale der Unteransprüche.The The object is achieved with a device which the features Claim 1. Advantageous embodiments result from the features of the subclaims.

Gemäß der Erfindung ist zwischen einem Kathodenbereich eines Plasmabrenners und einer Düse ein Plasmakanal bzw. Kathodenkanal angeordnet, der mindestens eine Zuführung für einen Beschichtungsstoff und ggf. für einen oder mehrere Reaktionsstoffe aufweist. Die Temperatur in dem Kanal ist ausreichend hoch, um den Beschichtungsstoff in einer Reaktionszone zu verdampfen. Wenn das Plasma in einem Lichtbogen zwischen einer Kathode und einer Anode erzeugt wird, dann wird durch den Plasmakanal die Kathode auf einen Abstand zur Reaktionszone gebracht, so dass die Kathode im Wesentlichen nicht abbrennt. Der Plasmakanal kann bei einer Länge zwischen 2 cm und 10 cm unterschiedliche geometrische Querschnittsformen aufweisen, wie kreisförmig, quadratisch, elliptisch oder bogenförmig.According to the invention For example, a plasma channel is between a cathode region of a plasma torch and a nozzle or cathode channel arranged, the at least one feeder for a Coating material and possibly for having one or more reactants. The temperature in the Channel is high enough to contain the coating material in a reaction zone to evaporate. If the plasma in an arc between a Cathode and an anode is generated, then through the plasma channel brought the cathode at a distance to the reaction zone, so that the cathode essentially does not burn off. The plasma channel can at a length between 2 cm and 10 cm different geometric cross-sectional shapes have, like circular, square, elliptical or arcuate.

Die Vorrichtung ist insbesondere beim Beschichten von Bipolarplatten einer Brennstoffzelle mit einem hochschmelzenden Metallborid, wie Titandiborid (TiB2) oder Zirkondiborid (ZrB2), anwendbar. Das Metallborid wird pulverförmig über mindestens einen Zuführkanal in den Plasmakanal eingebracht. Die Pulverpartikel besitzen eine Größe im Bereich von 1 bis 10 μm. Neben metallischen Werkstücken können mit der Vorrichtung auch wärmestabile Keramiken oder Kunststoffe beschichtet werden.The device is particularly applicable to the coating of bipolar plates of a refractory metal boride fuel cell such as titanium diboride (TiB 2 ) or zirconium boride (ZrB 2 ). The metal boride is introduced in powder form via at least one feed channel into the plasma channel. The powder particles have a size in the range of 1 to 10 microns. In addition to metallic workpieces, heat-stable ceramics or plastics can also be coated with the device.

Beim Betrieb der Vorrichtung werden die Partikel des Beschichtungsstoffes so konditioniert, dass im Wesentlichen eine vollständige Verdampfung zu Mikroclustern aus Atomen bzw. Molekülen mit einer Clustergröße von bis zu 1000 Teilchen erfolgt. Die Vorrichtung wird vorzugsweise in einem Vakuum von 1 bis 100 mbar betrieben, wobei der Kathodenkanal von einem unter einem Druck von 2 bis 5 bar stehenden Trägergas durchströmt wird. Die verdampften Partikel des Beschichtungsstoffes treten in einer gerichteten Freistrahlexpansion aus einer Düse aus und lagern sich auf der Oberfläche des Werkstückes ab. Der Öffnungswinkel des Freistrahles liegt im Bereich von 30° bis 50°. Es ist möglich, die Oberfläche eines Werkstückes mit der Vorrichtung diskontinuierlich zu beschichten, wobei der Beschichtungsstoff in einem Schuss die gesamte Oberfläche oder Teile davon bedeckt.During operation of the device, the particles of the coating material are conditioned so that essentially a complete evaporation into microclusters of atoms or molecules with a cluster size of up to 1000 particles. The device is preferably operated in a vacuum of 1 to 100 mbar, wherein the cathode channel is flowed through by a pressure of 2 to 5 bar carrier gas. The vaporized particles of the coating material emerge from a nozzle in a directed free-space expansion and deposit on the surface of the workpiece. The opening angle of the free jet is in the range of 30 ° to 50 °. It is possible to batch the surface of a workpiece with the device, wherein the coating material in one shot covers the entire surface or parts thereof.

Neben einer Zuführung für einen Beschichtungsstoff können weiteren Zuführkanäle in dem Plasmakanal münden. Insbesondere kann ein weiterer Zuführkanal zum Einbringen eines Reaktionsstoffes dienen. Der Reaktionsstoff reagiert mit dem Beschichtungsstoff. Die Beschichtung kann mit der Vorrichtung oxidativ oder reduktiv erfolgen, indem beispielsweise Sauerstoff oder Wasserstoff in den Plasmakanal gebracht wird.Next a feeder for one Coating material can further feed channels in the plasma channel lead. In particular, a further feed channel for introducing a Reactive serve. The reaction substance reacts with the coating material. The coating can be oxidative or reductive with the device take place by, for example, oxygen or hydrogen in the Plasma channel is brought.

Als Beschichtung für Bipolarplatten von Brennstoffzellen kommen weiterhin Stoffe mit guter elektrischer Leitfähigkeit zum Einsatz, wie Dichromnitrid (Cr2N), Chromcyanid (CrCN), Chromkarbide, Titanoxide, Titansuboxide, Boride, Nitride, Kohlenstoff, Wolfram, Titan, Chrom, und Niob. Zur Verbesserung ihrer elektrischen Leitfähigkeit können die vorgenannten Stoffe gegebenenfalls dotiert werden.As a coating for bipolar plates of fuel cells continue to come materials with good electrical conductivity used, such as dichromium nitride (Cr 2 N), chromium cyanide (CrCN), chromium carbides, titanium oxides, titanium suboxides, borides, nitrides, carbon, tungsten, titanium, chromium, and niobium. To improve their electrical conductivity, the abovementioned substances can optionally be doped.

Ein Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung zum Beschichten einer Bipolarplatte soll nachstehend anhand einer Figur erläutert werden.One embodiment for one Apparatus for coating a bipolar plate will be described below explained with reference to a figure become.

Die Figur zeigt eine Beschichtungsanlage mit einer unter Vakuum stehenden Beschichtungskammer 1. Die Beschichtungskammer 1 ist über eine Leitung 2 mit einer Pumpe 3 verbunden, welche in einem Regelkreis so angesteuert wird, dass ein Unterdruck von 50 mbar beim Beschichten gehalten wird. In der Beschichtungskammer 1 befindet sich ein gestellfester Plasmabrenner 4. Der Plasmabrenner 4 umfasst eine zylindrische, spitz zulaufende Kathode 5 und eine koaxial zur Kathode 5 liegende Anode 6. Die Kathode 5 und die Anode 6 stehen über Leitungen 7, 8 mit einer steuerbaren Spannungsquelle 9 in Verbindung. Zwischen Kathode 5 und Anode 6 besteht eine Spannung von 200 V. Die Kathode 5 und die Anode 6 sind durch einen Trägergaskanal 10 mit ringförmigem Querschnitt voneinander getrennt. Der Trägergaskanal 10 steht über eine Leitung 11 mit einer im Druck steuerbaren Trägergasquelle 12 in Verbindung. Die Trägergasquelle 12 liefert mit einem Druck von 4 bar ein Gemisch aus Argon und Wasserstoff. Der Trägergaskanal 10 endet in einer zylindrischen Plasmakammer 13. Der Plasmakammer 13 schließt sich ein zylindrischer Plasmakanal 14 von 5 cm Länge an. Der Plasmabrenner 4 besitzt am Ausgang eine Düse 15 mit rechteckförmigem Querschnitt. Die Düse 15 setzt am Ende des Plasmakanals 14 an und weitet sich in einem Öffnungswinkel von 30° auf. In der Kathode 5 und der Anode 6 befinden sich Kühlwasserkanäle 16–19, die über Leitungen 20–23 mit Thermostaten 24, 25 verbunden sind.The figure shows a coating system with a vacuum coating chamber 1 , The coating chamber 1 is over a line 2 with a pump 3 connected, which is controlled in a control loop so that a negative pressure of 50 mbar is maintained during coating. In the coating chamber 1 there is a frame-fixed plasma torch 4 , The plasma torch 4 includes a cylindrical, tapered cathode 5 and one coaxial with the cathode 5 lying anode 6 , The cathode 5 and the anode 6 stand over lines 7 . 8th with a controllable voltage source 9 in connection. Between cathode 5 and anode 6 there is a voltage of 200 V. The cathode 5 and the anode 6 are through a carrier gas channel 10 separated with annular cross-section. The carrier gas channel 10 is over a line 11 with a pressure controllable carrier gas source 12 in connection. The carrier gas source 12 supplies a mixture of argon and hydrogen at a pressure of 4 bar. The carrier gas channel 10 ends in a cylindrical plasma chamber 13 , The plasma chamber 13 closes a cylindrical plasma channel 14 of 5 cm in length. The plasma torch 4 has a nozzle at the exit 15 with rectangular cross-section. The nozzle 15 sets at the end of the plasma channel 14 and expands at an opening angle of 30 °. In the cathode 5 and the anode 6 there are cooling water channels 16 - 19 passing through lines 20 - 23 with thermostats 24 . 25 are connected.

In den Plasmakanal 14 und die Düse 15 münden Zufuhrkanäle 26–28 für Beschichtungsstoffe und Reaktionsstoffe. Der Zufuhrkanal 26 steht über eine Leitung 29 mit einem Vorratsbehälter 30 für Zirkoniumpulver und/oder Zirkonium-IV-Chlorid (ZrCl4) und Zirkoniumdioxid (ZrO2) als Ausgangsstoffe für Zirkonium in Verbindung. Der stromabwärts gelegene Zufuhrkanal 27 ist über eine Leitung 31 mit einem Vorratsbehälter 32 für Borpulver und/oder Diboran (B2H6) als Ausgangsstoff für Bor und/oder Wasserstoff als Reduktionsmittel verbunden. Über den Zufuhrkanal 28 und eine Leitung 33 kann in den Austrittskegel der Düse 15 ein Zusatzstoff, wie Methylsilicontrichlorid (SiCl3(CH3)), Polydimethylsiloxan, Titandichloroxid (TiOCl2) oder Titan-IV-Chlorid (TiCl4), aus einem Vorratsbehälter 34 eingeführt werden.In the plasma channel 14 and the nozzle 15 open feed channels 26 - 28 for coating materials and reactants. The feed channel 26 is over a line 29 with a storage container 30 for zirconium powder and / or zirconium-IV chloride (ZrCl 4 ) and zirconia (ZrO 2 ) as starting materials for zirconium in combination. The downstream supply channel 27 is over a line 31 with a storage container 32 for boron powder and / or diborane (B 2 H 6 ) as starting material for boron and / or hydrogen as a reducing agent. About the feed channel 28 and a line 33 can be in the exit cone of the nozzle 15 an additive such as methylsilicon trichloride (SiCl 3 (CH 3 )), polydimethylsiloxane, titanium dichloro oxide (TiOCl 2 ) or titanium IV chloride (TiCl 4 ) from a reservoir 34 be introduced.

In der Beschichtungskammer 1 befindet sich weiterhin eine Aufnahme 35 für eine rechteckförmige Bipolarplatte 36. Die Seitenkanten der Düse 15 und der Bipolarplatte 36 liegen parallel zueinander. Die Aufnahme 35 ist zur 3D-Bewegung der Bipolarplatte 36 mit einem Getriebe 37 gekoppelt, welches mit einem Motor 38 in Verbindung steht. Der Motor 38 ist über eine Leitung 39 mit einer Motorsteuerung 40 verbunden.In the coating chamber 1 is still a recording 35 for a rectangular bipolar plate 36 , The side edges of the nozzle 15 and the bipolar plate 36 lie parallel to each other. The recording 35 is for the 3D movement of the bipolar plate 36 with a gear 37 coupled with an engine 38 communicates. The motor 38 is over a line 39 with a motor control 40 connected.

Bei Anlegen der Spannung und bei Zufuhr des Trägergases brennt zwischen der Kathode 5 und der Anode 6 ein Lichtbogen 41. In der Plasmakammer 13 und im Plasmakanal 14 besteht ein Plasma mit einer Temperatur von 5000 °C. Die in den Plasmakanal 14 und die Düse 15 eingeführten Beschichtungsstoffe, Reaktionsstoffe und Zusatzstoffe werden zu einem Clustergas verdampft. Mit dem Trägergas gelangen die Beschichtungsstoffe auf die Oberfläche der Bipolarplatte 36. Auf der Oberfläche bildet sich eine geschlossene Beschichtung 43. Die Bipolarplatte 36 kann während des Beschichtens bewegt werden. Der Öffnungswinkel der Düse 15 und der Abstand zwischen der Düse 15 und der Oberfläche 42 bestimmen den Beschichtungsbereich, der mit einem Schuss erreicht werden kann. Nach dem Beschichten wird die Bipolarplatte 36 über eine Schleuse aus der Beschichtungskammer 1 gebracht.When the voltage is applied and the carrier gas is supplied, it burns between the cathode 5 and the anode 6 an arc 41 , In the plasma chamber 13 and in the plasma channel 14 There is a plasma with a temperature of 5000 ° C. The in the plasma channel 14 and the nozzle 15 introduced coating materials, reactants and additives are evaporated to a cluster gas. With the carrier gas, the coating materials reach the surface of the bipolar plate 36 , On the surface forms a closed coating 43 , The bipolar plate 36 can be moved during coating. The opening angle of the nozzle 15 and the distance between the nozzle 15 and the surface 42 determine the coating area that can be achieved with one shot. After coating, the bipolar plate becomes 36 via a lock from the coating chamber 1 brought.

11
Beschichtungskammercoating chamber
22
Leitungmanagement
33
Pumpepump
44
Plasmabrennerplasma torch
55
Kathodecathode
66
Anodeanode
7, 87, 8th
Leitungmanagement
99
Spannungsquellevoltage source
1010
TrägergaskanalCarrier gas channel
1111
Leitungmanagement
1212
TrägergasquelleCarrier gas source
1313
Plasmakammerplasma chamber
1414
Plasmakanalplasma channel
1515
Düsejet
16–1916-19
KühlwasserkanalCooling water channel
20–2320-23
Leitungmanagement
24, 2524 25
Thermostatthermostat
26–2826-28
Zufuhrkanalsupply channel
2929
Leitungmanagement
3030
Vorratsbehälterreservoir
3131
Leitungmanagement
3232
Vorratsbehälterreservoir
3333
Leitungmanagement
3434
Vorratsbehälterreservoir
3535
Aufnahmeadmission
3636
Bipolarplattebipolar
3737
Getriebetransmission
3939
Leitungmanagement
4040
Motorsteuerungmotor control
4141
LichtbogenElectric arc
4242
Oberflächesurface
4343
Beschichtungcoating

Claims (9)

Vorrichtung zum Aufbringen einer Beschichtung auf eine Oberfläche eines Werkstückes, mit einem Plasmagenerator zum Erzeugen eines Plasmas in einer Plasmakammer, mit einer Anordnung zum Erzeugen eines Gasstromes durch die Plasmakammer, mit einer Einrichtung zum Liefern und Einführen mindestens eines Beschichtungsstoffes in den Gasstrom stromabwärts der Plasmakammer, und mit einer Düse zum Lenken des Beschichtungsstoffes auf die Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, dass die Plasmakammer (13) in einen Plasmakanal (14) mündet, dass die Einrichtung (26, 27, 29–32) zum Zuführen des Beschichtungsstoffes mindestens einen Zuführkanal (26, 27) enthält, der in den Plasmakanal (14) mündet, und dass in dem Plasmakanal (14) eine den Beschichtungsstoff verdampfende Temperatur besteht.Apparatus for applying a coating to a surface of a workpiece, comprising a plasma generator for generating a plasma in a plasma chamber, having an arrangement for generating a gas flow through the plasma chamber, comprising means for delivering and introducing at least one coating material into the gas flow downstream of the plasma chamber, and with a nozzle for directing the coating material onto the surface, characterized in that the plasma chamber ( 13 ) into a plasma channel ( 14 ) concludes that the institution ( 26 . 27 . 29 - 32 ) for supplying the coating material at least one feed channel ( 26 . 27 ), which enters the plasma channel ( 14 ) and that in the plasma channel ( 14 ) there is a temperature evaporating the coating material. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (4) und das Werkstück (36) in einer Vakuumbeschichtungskammer (1) angeordnet sind.Device according to claim 1, characterized in that the device ( 4 ) and the workpiece ( 36 ) in a vacuum coating chamber ( 1 ) are arranged. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Plasma in einem Lichtbogen (41) zwischen einer Kathode (5) und einer Anode (6) besteht.Apparatus according to claim 1, characterized in that the plasma in an arc ( 41 ) between a cathode ( 5 ) and an anode ( 6 ) consists. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Plasmakanal (14) eine Länge zwischen 2 cm und 10 cm aufweist.Device according to claim 1, characterized in that the plasma channel ( 14 ) has a length between 2 cm and 10 cm. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in den Plasmakanal (14) zusätzlich ein Zufuhrkanal (27) für einen Reaktionsstoff mündet.Device according to claim 1, characterized in that in the plasma channel ( 14 ) additionally a supply channel ( 27 ) for a reactant opens. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (15) einen Raum für einen Freistrahl mit dem Beschichtungsstoff in einem Öffnungswinkel zwischen 30° und 50° bildet.Device according to claim 1, characterized in that the nozzle ( 15 ) forms a space for a free jet with the coating material in an opening angle between 30 ° and 50 °. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsform der Düse (15) der äußeren Form des Werkstücks (36) angepasst ist.Apparatus according to claim 1, characterized in that the cross-sectional shape of the nozzle ( 15 ) the outer shape of the workpiece ( 36 ) is adjusted. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in die Düse (15) ein Zufuhrkanal (28) für einen Zusatzstoff mündet.Device according to claim 1, characterized in that in the nozzle ( 15 ) a supply channel ( 28 ) for an additive. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsmaterial (43) diskontinuierlich der Oberfläche (42) zuführbar ist.Device according to claim 1, characterized in that the coating material ( 43 ) discontinuously the surface ( 42 ) can be fed.
DE200610024050 2006-05-23 2006-05-23 Device for applying a coating to a surface of a workpiece Expired - Fee Related DE102006024050B4 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200610024050 DE102006024050B4 (en) 2006-05-23 2006-05-23 Device for applying a coating to a surface of a workpiece

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200610024050 DE102006024050B4 (en) 2006-05-23 2006-05-23 Device for applying a coating to a surface of a workpiece

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102006024050A1 true DE102006024050A1 (en) 2007-12-06
DE102006024050B4 DE102006024050B4 (en) 2009-08-20

Family

ID=38650228

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE200610024050 Expired - Fee Related DE102006024050B4 (en) 2006-05-23 2006-05-23 Device for applying a coating to a surface of a workpiece

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102006024050B4 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014100385A1 (en) * 2014-01-15 2015-07-16 Plasma Innovations GmbH Plasma coating method for depositing a functional layer and separator

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3422718A1 (en) * 1984-06-19 1986-01-09 Plasmainvent AG, Zug VACUUM PLASMA COATING SYSTEM
US5104634A (en) * 1989-04-20 1992-04-14 Hercules Incorporated Process for forming diamond coating using a silent discharge plasma jet process
US5951771A (en) * 1996-09-30 1999-09-14 Celestech, Inc. Plasma jet system
US20020110695A1 (en) * 1999-03-17 2002-08-15 Yang Barry Lee-Mean Multilayer article and method of making by arc plasma deposition
US6800336B1 (en) * 1999-10-30 2004-10-05 Foernsel Peter Method and device for plasma coating surfaces

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3538390A1 (en) * 1985-10-29 1987-04-30 Deutsche Forsch Luft Raumfahrt COATING FOR A SUBSTRATE AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF
DE4105407A1 (en) * 1991-02-21 1992-08-27 Plasma Technik Ag PLASMA SPRAYER FOR SPRAYING SOLID, POWDER-SHAPED OR GAS-SHAPED MATERIAL
DE19805683A1 (en) * 1998-02-12 1999-08-19 Forschungszentrum Juelich Gmbh Connector element especially a bipolar plate in a fuel cell for mobile applications, e.g. automobiles
DE19937255B4 (en) * 1999-08-06 2004-05-06 Ballard Power Systems Inc., Burnaby Corrosion resistant bipolar plate for PEM fuel cells and use

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3422718A1 (en) * 1984-06-19 1986-01-09 Plasmainvent AG, Zug VACUUM PLASMA COATING SYSTEM
US5104634A (en) * 1989-04-20 1992-04-14 Hercules Incorporated Process for forming diamond coating using a silent discharge plasma jet process
US5951771A (en) * 1996-09-30 1999-09-14 Celestech, Inc. Plasma jet system
US20020110695A1 (en) * 1999-03-17 2002-08-15 Yang Barry Lee-Mean Multilayer article and method of making by arc plasma deposition
US6800336B1 (en) * 1999-10-30 2004-10-05 Foernsel Peter Method and device for plasma coating surfaces

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014100385A1 (en) * 2014-01-15 2015-07-16 Plasma Innovations GmbH Plasma coating method for depositing a functional layer and separator
WO2015107059A1 (en) 2014-01-15 2015-07-23 Plasma Innovations GmbH Plasma coating method for depositing a functional layer, and depositing device
CN106232865A (en) * 2014-01-15 2016-12-14 等离子创新有限公司 Plasma coated method and precipitation equipment for deposit functional layers
CN106232865B (en) * 2014-01-15 2019-02-15 等离子创新有限公司 Plasma coated method and precipitation equipment for deposit functional layers

Also Published As

Publication number Publication date
DE102006024050B4 (en) 2009-08-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2148939B1 (en) Vacuum treatment unit and vacuum treatment process
EP1880034B1 (en) Method and apparatus for fine particle liquid suspension feed for thermal spray system and coatings formed therefrom
DE2823876C2 (en) Process for vaporizing material using a low-voltage arc
DE602005002593T2 (en) Method and device for internal coating of prefabricated pipes on site
DE60015725T2 (en) Production of materials
DE19958473A1 (en) Process for the production of composite layers with a plasma beam source
CH640886A5 (en) METHOD FOR APPLYING HARD WEAR-RESISTANT COATS ON DOCKS.
CN107109626A (en) Device for forming coating on the surface of part, strip material or instrument
US9175381B2 (en) Processing tubular surfaces using double glow discharge
WO2001040543A1 (en) Method for producing functional layers with a plasma jet source
US10354845B2 (en) Atmospheric pressure pulsed arc plasma source and methods of coating therewith
EP0532134A1 (en) Process and apparatus for coating a substrate with a heat resistant polymer
DE19505258C2 (en) Coating device
DE102006024050B4 (en) Device for applying a coating to a surface of a workpiece
Takalapally et al. A critical review on surface coatings for engineering materials
EP1884576B1 (en) Device for plasma coating of long, cylindrical components
EP2820165B1 (en) Method for depositing a lipon layer on a substrate
DE3209792A1 (en) DEVICE FOR APPLYING THIN LAYERS
WO2012007469A2 (en) Process for coating a substrate by means of an arc
DE102007041328A1 (en) Method for the production of coating under use of an externally heated arc used for the evaporation of metal and metal alloy, comprises evacuating an object to be coated in an evacuation coating chamber
DE102012003307A1 (en) Device useful for plasma coating of surface of substrate by plasma spraying method, comprises anode, cathode, gas feed, wire feed for wire that is meltable by gas heated to plasma temperature, and nozzle for supplying auxiliary gas jet
DE102004022358B3 (en) Method for coating substrates with hard materials, useful in producing radiation guides, comprises spraying them with induction plasma
DE102007041327B4 (en) Process and device for the production of nanopowder
DE3913716C2 (en)
EP2666883A1 (en) Method for modifying a border area of a substrate

Legal Events

Date Code Title Description
OAV Applicant agreed to the publication of the unexamined application as to paragraph 31 lit. 2 z1
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: DAIMLER AG, 70327 STUTTGART, DE

8364 No opposition during term of opposition
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee