DE102006028204A1 - Verfahren zur Beschichtung eines Werkstücks - Google Patents

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Andreas KÄHNY
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    • 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
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung eines Werkstücks, wobei ein Werkstoff durch thermisches Spritzen auf das Werkstück aufgetragen wird und wobei der Spritzvorgang zur Etablierung einer Online-Prozesskontrolle überwacht und ausgewertet wird. Erfindungsgemäß werden Infrarot-Emissionen des Spritzstrahls mit Hilfe mindestens einer Infrarot-Kamera erfasst, wobei durch eine Infrarot-Analyse der von der oder jeder Infrarot-Kamera erfassten Infrarot-Emissionen des Spritzstrahls Eigenschaften derselben ermittelt werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung eines Werkstücks gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Aus der WO 2004/029319 A2 ist ein Verfahren zur Beschichtung eines Werkstücks bekannt, bei welchem ein pulverförmiger Werkstoff durch thermisches Spritzen auf ein Werkstück aufgetragen wird, wobei der Spritzvorgang zur Etablierung einer Online Prozesskontrolle überwacht und ausgewertet wird. Hierzu wird der Spritzstrahl mit Hilfe einer CCD-Kamera optisch überwacht, wobei die CCD-Kamera eine Leuchtdichteverteilung des Spritzstrahls, nämlich eines Plasmastrahls sowie Partikelstrahls, ermittelt. Diese Vorgehensweise zur Überwachung und Auswertung des Spritzvorgangs wird auch als Particle-Flux-Imaging (PFI)-Verfahren bezeichnet.
  • Die Überwachung und Auswertung des Spritzvorgangs beim thermischen Spritzen mit Hilfe des Particle-Flux-Imaging-Verfahrens erfordert, dass der zum thermischen Spritzen verwendete, pulverförmige Werkstoff ein relativ starkes Eigenleuchten im sichtbaren Wellenlängenbereich aufweist. Da das Eigenleuchten jedoch eine materialspezifische Eigenschaft ist, können mit den Particle-Flux-Imaging-Verfahren nicht alle durch thermisches Spritzen aufzutragenden Werkstoffe im Spritzstrahl erfasst werden. Insbesondere ist das Particle-Flux-Imaging-Verfahren dann ungeeignet, wenn als Werkstoff ein Mehrkomponentenpulver, wie z. B. ein Metall-Polymer-Pulver oder ein Metall-Keramik-Pulver, auf ein Werkstück durch thermisches Spritzen aufgetragen werden soll. Dies liegt insbesondere darin begründet, dass beim thermischen Spritzen eines Metall-Polymer-Pulvers das Polymer bei Temperaturen von größer als 500°C pyrolytisch zersetzt wird, und dass beim Spritzen eines Metall-Keramik-Pulvers zwischen den unterschiedlichen Komponenten des Werkstoffpulvers nicht unterschieden werden kann.
  • Das aus dem Stand der Technik bekannte Particle-Flux-Imaging-Verfahren erlaubt demnach nur eine eingeschränkte Online Prozesskontrolle des thermischen Spritzens.
  • Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, ein neuartiges Verfahren zur Beschichtung eines Werkstücks zu schaffen.
  • Dieses Problem wird durch ein Verfahren zur Beschichtung eines Werkstücks im Sinne von Anspruch 1 gelöst.
  • Erfindungsgemäß werden Infrarot-Emissionen des Spritzstrahls mit Hilfe mindestens einer Infrarot-Kamera erfasst, wobei durch eine Infrarot-Analyse der von der oder jeder Infrarot-Kamera erfassten Infrarot-Emissionen des Spritzstahls Eigenschaften desselben ermittelt werden.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird vorgeschlagen, das thermische Spritzen mit Hilfe einer Infrarot-Analyse des Spritzstrahls zu überwachen. Hierdurch wird es möglich, in einem Spritzstrahl die unterschiedlichen Komponenten desselben zu identifizieren. Damit lassen sich insbesondere Inhomogenitäten und Verdampfungsraten des Spritzstrahls bestimmen. Ferner ist es möglich, prozessrelevante Moleküle und/oder Atome des Spritzstrahls selektiv zu detektieren.
  • Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden mit Hilfe der oder jeder Infrarot-Kamera Infrarot-Emissionen unterschiedlicher Moleküle und/oder Atome des Spritzstrahls erfasst, wobei für die unterschiedlichen Moleküle und/oder Atome des Spritzstrahls unterschiedliche Infrarot-Filter an der oder jeder Infrarot-Kamera verwendet werden.
  • Die hier vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung eines Werkstücks über thermisches Spritzen, wobei beim thermischen Spritzen ein pulverförmiger Werkstoff auf die Oberfläche des zu beschichtenden Werkstücks aufgetragen wird. Das thermische Spritzen als solches ist dem hier angesprochenen Fachmann bekannt und bedarf daher keiner näheren Erläuterung.
  • Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung wird der Spritzvorgang des thermischen Spritzens zur Etablierung einer Online Prozesskontrolle überwacht und ausgewertet, nämlich dadurch, dass Infrarot-Emissionen des Spritzstrahls mit Hilfe mindestens einer Infrarot-Kamera erfasst werden, wobei durch eine Infrarot-Analyse der von der oder jeder Infrarot-Kamera erfassten Infrarot-Emissionen des Spritzstrahls Eigenschaften desselben ermittelt werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren findet vorzugsweise dann Anwendung, wenn als Werkstoff ein Mehrkomponentenpulver, insbesondere ein Metall-Polymer-Pulver oder ein Metall-Keramik-Pulver, auf das Werkstück aufgetragen wird. Mit Hilfe der oder jeder Infrarot-Kamera sind dann Infrarot-Emissionen unterschiedlicher Moleküle und/oder Atome des Spritzstrahls erfassbar. Insbesondere werden Infrarot-Emissionen unterschiedlicher Moleküle und/oder Atome in der Gasphase des Spritzstrahls detektiert.
  • Hierzu kommen dann Infrarot-Filter zum Einsatz, die an die Infrarot-Emissionen der zu detektierenden Moleküle und/oder Atome angepasst sind. So ist es z. B. möglich, den Spritzstrahl mit mehreren Infrarot-Kameras zu überwachen, wobei jeder Infrarot-Kamera ein spezieller Infrarot-Filter zugeordnet ist, um so im Bereich jeder Infrarot-Kamera die Infrarot-Emissionen unterschiedlicher Moleküle und/oder Atome des Spritzstrahls zu erfassen.
  • Dann, wenn ein Metall-Keramik-Pulver durch thermisches Spritzen auf das Werkstück aufgetragen wird, können in einer Gasphase des Spritzstrahls insbesondere Aluminium-Oxid und Zirkon-Oxid sowie dimere Metallmoleküle wie Ni2 und Ti2 erfasst werden. Bei Verwendung von Metall-Polymer-Pulvern können insbesondere C-H-Moleküle oder CH2-Moleküle erfassen werden.

Claims (6)

  1. Verfahren zur Beschichtung eines Werkstücks, wobei ein Werkstoff durch thermisches Spritzen auf das Werkstück aufgetragen wird, und wobei der Spritzvorgang zur Etablierung einer Online Prozesskontrolle überwacht und ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, dass Infrarot-Emissionen des Spritzstrahls mit Hilfe mindestens einer Infrarot-Kamera erfasst werden, und dass durch eine Infrarot-Analyse der von der oder jeder Infrarot-Kamera erfassten Infrarot-Emissionen des Spritzstahls Eigenschaften desselben ermittelt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Werkstoff ein Mehrkomponentenpulver auf das Werkstück durch thermischen Spritzen aufgetragen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Werkstoff ein Metall-Polymer-Pulver auf das Werkstück aufgetragen wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Werkstoff ein Metall-Keramik-Pulver auf das Werkstück aufgetragen wird.
  5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe der oder jeder Infrarot-Kamera Infrarot-Emissionen unterschiedlicher Moleküle und/oder Atome des Spritzstrahls erfasst werden, wobei für die unterschiedlichen Moleküle und/oder Atome des Spritzstrahls unterschiedliche Infrarot-Filter an der oder jeder Infrarot-Kamera verwendet werden.
  6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Infrarot-Emissionen unterschiedlicher Moleküle und/oder Atome in der Gasphase des Spritzstrahls erfasst werden.
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