DE102007011728B4 - Method and device for determining parameters during thermal spraying - Google Patents

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Abstract

Ein Verfahren zur Bestimmung der Härtedifferenz HR- HRvon einer mittels einem Beschichtungsverfahren aufgebrachten Schicht vor und nach einer Prozessänderung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der Härtedifferenz über eine Bestimmung der Dichte ρvor und ρnach der Prozessänderung unter Zuhilfenahme der bekannten Härte HRvor der Prozessänderung mittels der Formel HR- HR= (ρ- ρ)x'Z ermittelt wird und Z eine vom Material der aufgebrachten Schicht abhängige Konstante ist. Die Erfindung beschreibt außerdem eine Vorrichtung zum Herstellen einer definierten Geometrie auf einer Probe, wie sie bevorzugt zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzt wird. Hierdurch werden die Nachteile des Standes der Technik vermieden.A method for determining the hardness difference HR-HR of a layer applied by means of a coating process before and after a process change is characterized in that the determination of the hardness difference is determined by determining the density ρ before and ρ after the process change with the aid of the known hardness HR before the process change using the formula HR-HR = (ρ- ρ) x'Z is determined and Z is a constant that depends on the material of the applied layer. The invention also describes a device for producing a defined geometry on a sample, as is preferably used for carrying out the method according to the invention. This avoids the disadvantages of the prior art.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Zeit- und Material sparenden Überprüfen der Beschichtungsqualität insbesondere plasmagespritzter Schichten.The invention relates to a method for time-saving and material-saving checking of the coating quality, in particular plasma-sprayed layers.

In der DIN 8580 wird das Plasmaspritzen sowohl zu der Gruppe der Urform- als auch der Beschichtungsverfahren gezählt. Es umfasst nach EN 657 alle Verfahren, bei denen Spritzzusätze innerhalb oder außerhalb von Spitzgeräten an-, auf- oder abgeschmolzen werden. Diese Spritzzusätze sind zumeist Spitz- oder Sprühpulver, die sich beim Behandeln auf Werkstückoberflächen niederschlagen. Die Oberflächen selber werden dabei nicht aufgeschmolzen. Aus diesem Grunde lassen sich eine Vielzahl unterschiedlicher Materialien beschichten.In DIN 8580, plasma spraying is counted both as a group of prototype and coating processes. According to EN 657, it covers all processes in which spray additives are melted, melted or melted inside or outside of tip devices. These spray additives are usually spiked or sprayed powder, which are reflected in the treatment of workpiece surfaces. The surfaces themselves are not melted. For this reason, a variety of different materials can be coated.

Die so erzeugten Plasmabeschichtungen werden in einer Vielzahl von Bereichen eingesetzt. Diese reichen von rein dekorativen Anwendungen bis hin zu hoch beanspruchten Bauelementen; so werden Plasmabeschichtungen unter Anderem auch im Bereich der Gasturbinen eingesetzt. Hier dienen sie beispielsweise der Erhöhung der mechanischen und/oder thermischen Widerstandsfähigkeit besonders beanspruchter Teile wie z. B. Turbinenschaufeln und -gehäusen. Eine weitere Anwendung in diesem Bereich ist die Schaffung äußerst eng tolerierter Spalte, wie sie zur Erhöhung des Wirkungsgrades unverzichtbar sind. Hierzu werden die Schichten so aufgetragen, dass sie zunächst ein geringes Übermaß aufweisen, welches sich dann im Betrieb abschleift, so dass die sich bewegenden und die stehenden Teile nur noch geringstes Spiel besitzen. Bevorzugt werden hier als Sprühpulver Agglomerate aus mehreren Komponenten eingesetzt, besonders bevorzugt solche, die sich aus einer matrixbildenden Komponente, einem Trockenschmiermittel und einem Kunststoff zusammensetzen. Ein derartiges Sprühpulver ist z. B. aus der EP 0487 273 B1 bekannt.The plasma coatings thus produced are used in a variety of fields. These range from purely decorative applications to highly stressed components; For example, plasma coatings are also used in the field of gas turbines. Here they serve, for example, to increase the mechanical and / or thermal resistance of particularly stressed parts such. B. turbine blades and housings. Another application in this area is the creation of extremely narrow gaps, which are indispensable for increasing the efficiency. For this purpose, the layers are applied so that they initially have a slight oversize, which then abrades during operation, so that the moving and the stationary parts have only minimal play. Preferably, agglomerates of a plurality of components are used here as spray powder, particularly preferably those which are composed of a matrix-forming component, a dry lubricant and a plastic. Such a spray powder is z. B. from the EP 0487 273 B1 known.

Um die Qualität der Behandlung wie beispielsweise die Eigenschaft der Härte der Beschichtung zu ermitteln, werden bekannte, dem Stand der Technik entsprechende Verfahren angewandt. Insbesondere bei der Bestimmung von Beschichtungshärten an hochbeanspruchten Teilen ist es erforderlich, diese vor der endgültigen Parameterbestimmung auch Wärmebehandlungsschritten auszusetzen, sofern diese auf die Beschichtung folgen, da sich die Schichthärte während dieser nachfolgenden Behandlungsschritte verändert.In order to determine the quality of the treatment, such as the hardness property of the coating, known prior art methods are used. In particular, in the determination of coating hardnesses on highly stressed parts, it is necessary to suspend them before the final parameter determination and heat treatment steps, if they follow the coating, since the layer hardness changed during these subsequent treatment steps.

Die große Anzahl möglicher, auf das Endergebnis Einfluss nehmende Parameter erschwert die Qualitätskontrolle sowohl des Fertigungsprozesses selber, als auch die Kontrolle seines Ergebnisses, der Beschichtung.The large number of possible parameters influencing the final result makes it difficult to control the quality of both the manufacturing process itself and the control of its result, the coating.

Zur Qualitätskontrolle des Beschichtungsergebnisses werden nach dem Stand der Technik die bekannten Verfahren wie Härtemessung und Schichtdickenbestimmung eingesetzt. Insbesondere ist hier die Prüfung der Härte nach Rockwell HRC zu nennen. Zur Messung derselben wird für harte Materialien die Differenz der Eindringtiefe tb eines Diamantkegels bestimmt, die sich zwischen dem Aufgeben einer Vor- und einer Hauptlast ergibt. Das C steht hierbei für engl. „cone”. Anschließend wird eine Umrechnung entsprechend der Formel

Figure 00020001
vorgenommen. Eine geringere Eindringtiefe entspricht demnach einem härteren Material, woraus sich ein größerer Wert für HRC ergibt.For the quality control of the coating result, the known methods such as hardness measurement and layer thickness determination are used according to the prior art. In particular, the test of hardness according to Rockwell HRC should be mentioned here. To measure them, the difference of the penetration depth t b of a diamond cone is determined for hard materials, which results between the abandonment of a pre-load and a main load. The C stands for English. "Cone". Subsequently, a conversion according to the formula
Figure 00020001
performed. A lower penetration corresponds to a harder material, resulting in a higher value for HRC.

Insbesondere für dünne Bleche, Beschichtungen und dergleichen wird das leicht modifizierte Messverfahren nach HR15Y angewendet. Anstelle des Kegels benutzt man hier eine Kugel mit dem Durchmesser 12,7 mm sowie zur Belastung eine Masse von 15 kg. Die Härte bestimmt sich dann entsprechend der Formel

Figure 00030001
In particular for thin sheets, coatings and the like, the slightly modified measuring method according to HR15Y is used. Instead of the cone one uses here a ball with the diameter 12.7 mm as well as for the load a mass of 15 kg. The hardness is then determined according to the formula
Figure 00030001

Bei der Ergebniskontrolle des Beschichtungsprozesses und hier insbesondere der Schichthärtemessung ergeben sich dann Nachteile, wenn das beschichtete Bauteil im Anschluss an den Beschichtungsprozess noch weiteren, insbesondere Wärmebehandlungsschritten unterzogen werden muss. Da derartige Wärmebehandlungen im Allgemeinen mindestens einige Stunden, in bestimmten Fällen auch einige Tage dauern können, liegt erst am Ende dieses Zeitraum eine Aussage über die Qualität des Beschichtungsprozesses bzw. dem Beschichtungsergebnis vor. Sollte dieses nicht den spezifischen Erfordernissen genügen, ist eine oder sind mehrere Wiederholungen des gesamten Prozesses einschließlich der Wärmebehandlung notwendig, um zu den gewünschten Ergebnissen zu gelangen. Neben den erheblichen Zeitverlust resultieren hieraus auch hohe finanzielle Verluste, da für jede Iteration entsprechende Dummyteile vorgehalten, behandelt und geprüft werden müssen.In the results control of the coating process and here in particular the coating hardness measurement then disadvantages arise when the coated component must be subjected to the coating process further, in particular heat treatment steps. Since such heat treatments generally take at least a few hours, in some cases even a few days, it is only at the end of this period that a statement is made about the quality of the coating process or the coating result. If this does not meet the specific requirements, one or more repetitions of the entire process, including the heat treatment, is necessary to achieve the desired results. In addition to the considerable loss of time, this also results in high financial losses, since for each iteration corresponding dummy parts must be kept, treated and checked.

Auch Prozessänderungen, die z. B. durch einen Pulverloswechsel oder eine Brennerwartung verursacht werden, können zu Qualitätsänderungen und dementsprechend der Notwendigkeit zu deren Überprüfung führen, wobei sich wiederum die genannten Nachteile ergeben. Zudem herrscht außerdem oftmals Produktionsstillstand, bis eine Freigabe des geänderten Prozesses erfolgen kann.Also process changes that z. B. caused by a powder change or a burner maintenance, can lead to quality changes and, accordingly, the need for their review, which in turn result in the disadvantages mentioned. In addition, there is also often production downtime until the modified process can be released.

Daher besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Bestimmung prozessänderungsbedingter Änderungen von Werkstoffkennwerten und insbesondere von Härtekennwerten nach beispielsweise einer Plasmaspritzbehandlung, unter Umgehung der im Stand der Technik genannten Nachteile, wozu insbesondere die Notwendigkeit eines Vorhaltens von Dummyteilen sowie die Notwendigkeit der Durchführung von eventuell an die Plasmaspritzbehandlung anschließenden Behandlungsschritten zählt.The object of the present invention is therefore to provide a method and a device for determining changes in material properties and in particular hardness values after, for example, a plasma spray treatment, bypassing the disadvantages mentioned in the prior art, in particular the need for holding dummy parts as well as the Necessity of performing any subsequent treatment steps to the plasma spray treatment counts.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by a method having the features of claim 1 and by a device having the features of claim 10. Advantageous developments of the invention are specified in the subclaims.

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung der Härtedifferenz HR2 – HR1 von einer mittels einem Beschichtungsverfahren aufgebrachten Schicht vor und nach einer Prozessänderung, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der Härtedifferenz über eine Bestimmung der Dichte ρ1 vor und ρ2 nach der Prozessänderung mittels der Formel HR2 – HR1 = (ρ2 – ρ1) × Z ermittelt wird, wobei Z eine vom Material der aufgebrachten Schicht abhängige Konstante ist.The invention describes a method for determining the hardness difference HR 2 - HR 1 from a layer applied by means of a coating process before and after a process change, characterized in that the determination of the hardness difference by determining the density ρ 1 before and ρ 2 after the process change means the formula HR 2 - HR 1 = (ρ 2 -ρ 1 ) × Z where Z is a constant dependent on the material of the deposited layer.

Der Index „1” steht dabei für Werte, die vor der Prozessänderung aufgenommen werden, der Index „2” hingegen steht für Werte, welche nach der Prozessänderung aufgenommen werden. Die Konstante Z wird dabei im Vorfeld einmal für jedes aufzubringende Material durch Härtemessungen bestimmt und bleibt aber über verschiedene Prozessänderungen gleich.The index "1" stands for values that are recorded before the process change, whereas the index "2" stands for values that are recorded after the process change. The constant Z is determined beforehand once for each material to be applied by hardness measurements and remains the same over different process changes.

Das Verfahren basiert demnach auf der Erkenntnis, dass sich die Dichtedifferenz zweier Schichten, welche mit einem im wesentlichen gleichen Verfahren, jedoch bei gewisser Variation der Prozessparameter hergestellt wurden, proportional zur Härtedifferenz dieser Schichten verhält, wobei ein zu ermittelnder Proportionalitätsfaktor zu berücksichtigen ist.The method is therefore based on the finding that the density difference of two layers, which were produced by a substantially identical method but with a certain variation of the process parameters, is proportional to the hardness difference of these layers, taking into account a proportionality factor to be determined.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht folgende Schritte vor:An advantageous development of the method according to the invention provides the following steps:

(a) Bereitstellung einer Probe(a) Providing a sample

Zur Durchführung des Verfahrens werden bevorzugt so genannte Knopfproben verwendet. Diese bestehen aus dem Zielmaterial, besitzen jedoch nicht die Zielform, sondern haben besonders bevorzugt eine einfache geometrische Form, die zu günstigen Kosten herstellbar ist.So-called button samples are preferably used to carry out the process. These consist of the target material, but do not have the target shape, but more preferably have a simple geometric shape that can be produced at low cost.

(b) Bestimmung des Gewichtes und der Maße der Probe(b) Determination of the weight and dimensions of the sample

Mittels geeigneter Messverfahren werden das Gewicht und die genauen Maße der Probe bestimmt. Diese Daten dienen der späteren Bestimmung des Volumens und der Masse der Beschichtung.By means of suitable measuring methods, the weight and the exact dimensions of the sample are determined. These data are used to determine the volume and mass of the coating later.

(c) Beschichten der Probe durch einen Beschichtungsprozess(c) coating the sample by a coating process

Das Beschichten der Knopfprobe erfolgt mit dem gewählten Beschichtungsverfahren. Dies geschieht erfindungsgemäß bei einer ersten Probe bevor eine Änderung der Prozessparameter erfolgt, und bei einer zweiten Probe, nachdem eine Änderung der Prozessparameter erfolgt ist.The coating of the button sample is carried out with the chosen coating method. This is done according to the invention in a first sample before a change in the process parameters, and in a second sample after a change in the process parameters has occurred.

(d) Herstellen einer definierten Geometrie auf der Probe(d) producing a defined geometry on the sample

Mittels einer geeigneten Vorrichtung und besonders bevorzugt mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird eine definierte Geometrie auf der Probe erzeugt. Als Verfahren zur Herstellung der definierte Geometrie kommen vor bevorzugt spanabhebende Verfahren, und besonders bevorzugt das Drehen in Frage.By means of a suitable device and particularly preferably with the aid of the device according to the invention, a defined geometry is generated on the sample. As a method for the production of the defined geometry come before preferably cutting processes, and particularly preferably turning into question.

(e) erneute Bestimmung des Gewichtes und der Maße der Probe.(e) re-determining the weight and dimensions of the sample.

Im Anschluss an einen bevorzugterweise vorangehenden Reinigungsschritt, bei welchem beispielsweise Spritzer an der Mantelfläche der Probe entfernt werden, werden anschließend wiederum das genaue Gewicht und die Maße der nun beschichteten Probe bestimmt.Subsequent to a preferably preceding cleaning step in which, for example, splashes are removed on the lateral surface of the sample, the exact weight and the dimensions of the now coated sample are subsequently determined again.

Wie in (c) bereits erwähnt, werden die Schritte (a) bis (e) zunächst mit dem ursprünglichen Prozess mit einer ersten Probe und anschließend mit dem veränderten Prozess mit einer zweiten Probe durchgeführt. Derartige Prozessänderungen können beispielsweise durch Wartungsarbeiten an der den Beschichtungsprozess durchführenden Anlage, durch Chargen- oder Pulverloswechsel, oder durch versuchsweise Prozessparameteränderungen herbeigeführt werden. Erfindungsgemäß kann das Herbeiführen der Prozessänderung zu jedem beliebigen Zeitpunkt nach der Beschichtung der ersten Probe, jedoch spätestens direkt vor dem Beschichten der zweiten Probe erfolgen.As already mentioned in (c), steps (a) to (e) are performed first with the original process with a first sample and then with the modified process with a second sample. Such process changes can be brought about, for example, by maintenance work on the plant carrying out the coating process, by batch or powder lot changes, or by trial and error parameter changes. According to the invention, bringing about the process change to any Time after the coating of the first sample, but at the latest directly before the coating of the second sample.

Am Ende beider Beschichtungsversuche liegen erfindungsgemäß zwei Proben sowie deren Geometrien und Gewichte vor, die sowohl vor als auch nach der Durchführung der jeweiligen Beschichtung aufgenommen wurden.At the end of both coating experiments, according to the invention, there are two samples as well as their geometries and weights, which were taken both before and after the implementation of the respective coating.

Es schließen sich nun vorteilhafterweise folgende Schritte an:The following steps now advantageously follow:

(f) Bestimmung der mittleren Dichte der Beschichtungen beider Proben(f) Determining the mean density of the coatings of both samples

Anhand des einfachen, bekannten Zusammenhangs von Volumen, Masse und Dichte eines Körpers ρ = m / V kann die Dichte der Beschichtung einer Probe bestimmt werden. Hierzu ist es notwendig, das Volumen und das Gewicht der Probe ohne die Beschichtung zu kennen, und dieses vom Gesamtvolumen und dem Gesamtgewicht der Probe nach der Beschichtung abzuziehen. Die hierzu notwendigen Werte wurden jeweils unter (b) und (e) erfasst. Es stehen dann zwei Dichtewerte ρ1 und ρ2 zur Verfügung, welche die Beschichtungsdichte vor bzw. nach der Prozessänderung angeben.Based on the simple, known relationship of volume, mass and density of a body ρ = m / V the density of the coating of a sample can be determined. For this purpose, it is necessary to know the volume and weight of the sample without the coating, and deduct this of the total volume and the total weight of the sample after the coating. The necessary values were recorded under (b) and (e). There are then two density values ρ 1 and ρ 2 available which indicate the coating density before or after the process change.

(g) Bestimmung der zu erwartenden Härtedifferenz entsprechend Anspruch 1.(g) determination of the expected hardness difference according to claim 1.

In einem letzten Schritt kann nun gemäß der erfindungsgemäßen Formel die Härtedifferenz der Schichten vor und nach der Prozessänderung abgeschätzt werden. Ist diese Differenz Null, so kann davon ausgegangen werden, dass die Prozessänderung keinen Einfluss auf die Härte der Beschichtung gehabt hat. Andernfalls kann je nach Vorzeichen der Dichteänderung auf das Vorzeichen der Härteänderung geschlossen werden.In a last step, the hardness difference of the layers before and after the process change can now be estimated according to the formula according to the invention. If this difference is zero, it can be assumed that the process change had no influence on the hardness of the coating. Otherwise, depending on the sign of the density change, the sign of the change in hardness can be deduced.

Nach einer besonders bevorzugten Ausführung wird auch die Härte einer der Beschichtungen mittels entsprechender Messverfahren bestimmt. Durch Umstellen der erfindungsgemäßen Formel kann dann der jeweils fehlender Härtewert errechnet werden.According to a particularly preferred embodiment, the hardness of one of the coatings is determined by means of appropriate measurement methods. By switching the formula according to the invention then the respectively missing hardness value can be calculated.

Aufgrund der Kenntnis der Schichthärte nach Durchführen der Prozessänderung kann nun, falls gewünscht, eine iterative Anpassung der Prozessparameter erfolgen, die beispielsweise das Ziel haben kann, die Schichthärte vor der Prozessänderung oder eine höhere Härte zu erzielen.Based on the knowledge of the layer hardness after carrying out the process change, it is now possible, if desired, to perform an iterative adaptation of the process parameters, which for example may have the goal of achieving the layer hardness before the process change or a higher hardness.

Das beschriebene Verfahren eignet sich insbesondere zur Abschätzung von prozessbedingten Härteänderungen unter Verwendung des Plasmaspritzens als Beschichtungsverfahren.The method described is particularly suitable for estimating process-related hardness changes using plasma spraying as a coating method.

In einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung besitzen die zur Durchführung des erfindungsgemäß Verfahrens benutzten Proben eine flache, zylindrische Form, die beispielsweise mittels Drehen und unter Zuhilfenahme einer geeigneten Vorrichtung erzeugt und/oder nachbearbeitet werden kann.In a particularly preferred embodiment of the invention, the samples used for carrying out the method according to the invention have a flat, cylindrical shape, which can be produced and / or reworked, for example, by turning and with the aid of a suitable device.

Besonders bevorzugt ist auch die Erzeugung solcher Schichten, die dicker sind, als die Schichten auf den später zu beschichtenden Teilen, da so Messfehler, insbesondere während der Dickenmessung, minimiert werden.It is also particularly preferred to produce such layers which are thicker than the layers on the parts to be coated later, since measurement errors, in particular during the thickness measurement, are thus minimized.

Besonders bevorzugt wird die Härtemessung der Schicht nach Rockwell und insbesondere nach HR15Y bestimmt. Diese Art der Messung wird besonders bevorzugt für dünne Schichten größerer Härte angewendet.The hardness measurement of the layer is particularly preferably determined according to Rockwell and in particular according to HR15Y. This type of measurement is particularly preferably used for thin layers of greater hardness.

Insbesondere gilt dies für Schichten, welche durch Plasmaspritzen von einem pulverförmiges Agglomerat aus mit Bindemittel und CoNiCrAlY umgebenen hexagonalen Bornitidkernen und Polyester hergestellt werden. Ein derartiges pulverförmiges Agglomerat ist beispielsweise unter der Bezeichnung SM2042 bei der Firma Sulzer Metco erhältlich. Die für dieses Material durch zwei verschiedene Beschichtungsprozesse und danach durchgeführten Härte- und Dichtemessungen bestimmte Konstante Z beträgt bei der Angabe der Härte nach HR15Y 81.This applies in particular to layers which are produced by plasma spraying of a powdered agglomerate of hexagonal boronite nuclei surrounded with binder and CoNiCrAlY and polyester. Such a powdery agglomerate is available, for example, under the name SM2042 from Sulzer Metco. The constant Z determined for this material by two different coating processes and then carried out hardness and density measurements in the specification of the hardness according to HR15Y 81.

Zur Herstellung der definierten Geometrie wird bevorzugt eine Vorrichtung verwendet, welche zur Drehbearbeitung der erfindungsgemäßen Proben geeignet ist. Diese umfasst dementsprechend eine Schneide und eine Aufnahme für das Drehmaschinenspannfutter und ist besonders bevorzugt derart ausgebildet, dass sie einen vorbestimmten Schneidwinkel enthält, welcher der vereinfachten Herstellung einer stumpfkegligen Geometrie der erfindungsgemäßen Probe und weiter besonders bevorzugt einem zusätzlichen Plandrehen der Stirnfläche der Probe dient.To produce the defined geometry, a device is preferably used which is suitable for turning the samples according to the invention. This accordingly comprises a cutting edge and a receptacle for the lathe chuck and is particularly preferably designed such that it contains a predetermined cutting angle, which serves for the simplified production of a frusto-conical geometry of the sample according to the invention and more particularly an additional facing of the end face of the sample.

In einer am meisten bevorzugten Ausführung der Erfindung beträgt der von der Vorrichtung bereitgestellte Winkel 30 Grad.In a most preferred embodiment of the invention, the angle provided by the device is 30 degrees.

Durch Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, kann sehr schnell eine Aussage über die Auswirkungen einer Prozessänderung getroffen werden, da zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens keine Härtemessung notwendig ist, die ihrerseits deswegen eine lange Zeit in Anspruch nehmen würde, weil eine Härtemessung erst nach Abschluss eventueller, zeitraubender Wärmebehandlungen möglich ist, wie sie häufig nach dem Beschichten angewandt werden. Weiterhin werden keine Teile aus der Fertigung in Form von Dummyteilen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens benötigt, da bereits einfache Knopfproben ausreichen, die lediglich einem kurzen mechanischen Nachbearbeitungsschritt unterzogen werden. Somit erreicht das erfindungsgemäße Verfahren sowohl eine signifikante Zeitersparnis als auch eine Kostenreduktion bei der Qualitätsüberwachung nach Prozessänderungen.By using the method according to the invention, a statement about the effects of a process change can be made very quickly, since no hardness measurement is necessary for the application of the method according to the invention, which in turn therefore requires a long time because hardness measurement is possible only after the completion of any time-consuming heat treatments often used after coating. Furthermore, no parts from the production in the form of dummy parts for carrying out the method according to the invention are needed because even simple button samples are sufficient, which are subjected to only a short mechanical post-processing step. Thus, the method according to the invention achieves both a significant time saving and a cost reduction in quality monitoring after process changes.

Nachfolgend wird ein vorteilhaftes Verfahren und eine vorteilhafte Vorrichtung anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben. Darin zeigen:Hereinafter, an advantageous method and an advantageous apparatus will be described with reference to an embodiment. Show:

1 ein schematisches Flussdiagramm zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; 1 a schematic flow diagram for carrying out the method according to the invention;

2 eine erfindungsgemäße Knopfprobe vor und nach der Bearbeitung mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung; 2 a button sample according to the invention before and after processing by means of the device according to the invention;

3A–C besonders bevorzugte Varianten der erfindungsgemäßen Vorrichtung. 3A -C particularly preferred variants of the device according to the invention.

1 zeigt ein schematisches Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dieses besteht im Wesentlichen aus zwei sehr ähnlich aufgebauten Blöcken, von denen die Beschichtung im ersten Block mit dem ursprünglichen Prozess (als „Prozess 1” bezeichnet) und die im zweiten Block mit dem geänderten Prozess (als „Prozess 2” bezeichnet) durchgeführt wird. Als Ergebnis steht jeweils die Dichte der mittels des jeweiligen Prozesses auf der jeweiligen Probe 1 aufgebrachten Schicht 2, 3 in Form eines Zahlenwertes zur Verfügung. 1 shows a schematic flow diagram of the method according to the invention. This consists essentially of two very similar blocks, of which the coating in the first block is carried out with the original process (referred to as "process 1") and that in the second block with the modified process (referred to as "process 2"). As a result, the density of the respective process on the respective sample is in each case 1 applied layer 2 . 3 in the form of a numerical value.

Anschließend wird aus den Dichtewerten die Härtedifferenz gemäß Anspruch 1 des erfindungsgemäßen Verfahrens berechnet.Subsequently, the hardness difference is calculated from the density values according to claim 1 of the method according to the invention.

Nach einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann am Ende eines Blockes, der bevorzugterweise der dem ursprünglichen Prozess zugeordnete Block ist, eine Härtemessung der aufgebrachten Schicht erfolgen. Dadurch ist es möglich, im Anschluss an die Berechnung der Härtedifferenz auch die Bestimmung der jeweils fehlenden (nicht zuvor bestimmten) Härte durchzuführen.According to a variant of the method according to the invention, a hardness measurement of the applied layer can be carried out at the end of a block, which is preferably the block associated with the original process. This makes it possible to carry out the determination of the respectively missing (not previously determined) hardness after the calculation of the hardness difference.

Es sei hinzugefügt, dass Variationen der im Schema dargestellten Reihenfolge insofern erlaubt sind, solange das Ziel des erfindungsgemäßen Verfahrens erreicht werden kann. Beispielsweise kann die Prozessänderung bereits direkt nach dem Beschichten der ersten Probe, oder erst nach Durchführung der Messungen an dieser Probe erfolgen, jedoch spätestens direkt vor dem Beschichten der zweiten Probe.It should be added that variations of the order shown in the diagram are permitted insofar as the object of the method according to the invention can be achieved. For example, the process change can already take place directly after the coating of the first sample, or only after the measurements have been carried out on this sample, but at the latest directly before the coating of the second sample.

2 zeigt einen Schnitt durch eine zylindrische Probe 1, eine so genannte Knopfprobe, wie sie bevorzugt für das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt wird, zusammen mit einer Beschichtung, welche in der linken Bildhälfte als unbearbeitete Beschichtung 2, in der rechten Bildhälfte als bearbeitete Beschichtung 3 dargestellt ist. Während erstere seitlich über die Mantelfläche 5 der Probe 1 herausragt und eine unebene Oberfläche besitzt, ist letztere eben, schließt bündig mit der Mantelfläche 5 der Probe 1 ab und bildet am Übergang einen vorbestimmten Winkel 4. 2 shows a section through a cylindrical sample 1 , a so-called button sample, as it is preferably used for the inventive method, together with a coating, which in the left half of the picture as unprocessed coating 2 , in the right half of the picture as a processed coating 3 is shown. While the former laterally over the lateral surface 5 the sample 1 protrudes and has an uneven surface, the latter is flat, closes flush with the lateral surface 5 the sample 1 and forms a predetermined angle at the transition 4 ,

In diesem Zusammenhang sei angemerkt, dass die Maße der Probe 1 und der Schicht 3 nicht als maßstäblich anzusehen sind. Insbesondere sind jedoch solche Schichten bevorzugt, welche eine möglichst hohe Dicke aufweisen, da so der Messfehler bei ihrer Dickenbestimmung verringert werden kann.In this context, it should be noted that the dimensions of the sample 1 and the layer 3 not to be considered to scale. In particular, however, those layers are preferred which have the greatest possible thickness, since the measurement error in their thickness determination can thus be reduced.

Die Mantelfläche 5 der Probe 1 soll besonders bevorzugt nach Abschluss der Beschichtung, jedoch vor der Messung von unerwünschten Fremdkörpern wie zum Beispiel Spritzreste befreit werden, ohne jedoch die Oberfläche zu beschädigen. Hierzu können sowohl manuelle Verfahren wie beispielsweise Schmirgeln oder Schaben als auch automatisierte Verfahren wie beispielsweise Drehen Anwendung finden.The lateral surface 5 the sample 1 should particularly preferably after completion of the coating, but before the measurement of unwanted foreign bodies such as spray residues are removed, but without damaging the surface. For this purpose, both manual methods such as sanding or scraping as well as automated methods such as turning apply.

Die 3A–C zeigen Varianten einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 6 zum Herstellen einer definierten Probengeometrie mittels Drehbearbeitung, wie sie für das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugt notwendig ist. Allen Varianten gemeinsam ist das Vorhandensein mindestens einer Schneidkante 7 mit einem Winkel α, die bei der Drehbearbeitung im Eingriff mit der Probe 1 ist und ihre Form auf die Probe 1 überträgt. Ebenso gemeinsames Merkmal ist das Vorhandensein eines geeigneten Einspannbereiches 8 zur Aufnahme der Vorrichtung 1 in das Spannfutter der Drehmaschine.The 3A -C show variants of a device according to the invention 6 for producing a defined sample geometry by means of turning, which is preferably necessary for the method according to the invention. All variants have in common the presence of at least one cutting edge 7 with an angle α, which engages with the sample during turning 1 is and their form to the test 1 transfers. Another common feature is the presence of a suitable clamping area 8th for receiving the device 1 into the chuck of the lathe.

Die 3A zeigt eine erste Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung 6, die dem Anbringen des Winkels 4 an die Probe 1 dient.The 3A shows a first variant of the device according to the invention 6 that attaching the angle 4 to the sample 1 serves.

3B zeigt eine erweiterte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 6, welche zwei Schneidkanten 7 besitzt, von denen die eine zur Erzeugung des Winkels α, die andere zum Plandrehen der Oberseite der Probe 1 genutzt wird, so dass sich in einem Arbeitsgang der Winkel 4 und die bearbeitete Beschichtung 3 ergeben. 3B shows an expanded embodiment of the device according to the invention 6 , which two cutting edges 7 one of which is for generating the angle α, the other for facing the top of the sample 1 is used, so that in one operation the angle 4 and the processed coating 3 result.

3C zeigt eine stärker erweiterte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 6, welche drei Schneidkanten 7 besitzt, von denen die erste zur Erzeugung des Winkels α, die zweite zum Plandrehen der Oberseite der Probe 1, und die dritte zum Säubern der Mantelfläche 5 genutzt wird, so dass sich in einem Arbeitsgang der Winkel 4, die bearbeitete Beschichtung 3, sowie eine saubere Mantelfläche 5 ergeben. 3C shows a more expanded embodiment of the device according to the invention 6 , which three cutting edges 7 of which the first for generating the angle α, the second for facing the top of the sample 1 , and the third to clean the lateral surface 5 is used, so that in one operation the angle 4 , the processed coating 3 , as well as a clean lateral surface 5 result.

Die hier dargestellten Varianten stellen nur eine Auswahl an weiteren Möglichkeiten der Schneidkantengestaltung dar, die gleichwirkende Ergebnisse in Bezug auf das nach Möglichkeit simultane Bearbeiten mehr als einer Außenkante der Probe 1 erzielen.The variants presented here represent only a selection of further possibilities of the cutting edge design, the results of the same effect with respect to the possible simultaneous machining of more than one outer edge of the sample 1 achieve.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Probesample
22
unbearbeitete Beschichtungunprocessed coating
33
bearbeitete Beschichtungmachined coating
44
Winkelangle
55
Mantelflächelateral surface
66
Vorrichtungcontraption
77
Schneidkantecutting edge
88th
Einspannbereichclamping
αα
Winkelangle

Claims (11)

Verfahren zum Bestimmen der Härtedifferenz HR2 – HR1 von einer mittels einem Beschichtungsverfahren aufgebrachten Schicht vor und nach einer Prozessänderung, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der Härtedifferenz über eine Bestimmung der Dichte ρ1 vor und ρ2 nach Prozessänderung mittels der Formel HR2 – HR1 = (ρ2 – ρ1) × Z ermittelt wird und Z eine vom Material der aufgebrachten Schicht abhängige Konstante ist.Method for determining the hardness difference HR 2 - HR 1 from a layer applied by means of a coating process before and after a process change, characterized in that the determination of the hardness difference via a determination of the density ρ 1 before and ρ 2 after process change by means of the formula HR 2 - HR 1 = (ρ 2 -ρ 1 ) × Z is determined and Z is a dependent of the material of the applied layer constant. Verfahren nach Anspruch 1, welches folgende Schritte aufweist: (a) Bereitstellen einer Probe; (b) Bestimmen des Gewichtes und der Maße der Probe; (c) Beschichten der Probe durch einen Beschichtungsprozess; (d) Herstellen einer definierten Geometrie auf der Probe; (e) Erneutes Bestimmen des Gewichtes und der Maße der Probe (ee) Die Schritte (a) bis (e) werden für zwei Proben, von denen die erste vor und die zweite nach einer Prozessänderung beschichtet wird durchgeführt; (f) Bestimmen der mittleren Dichte der Beschichtungen beider Proben; (g) Bestimmen der zu erwartenden Härtedifferenz entsprechend Anspruch 1.Method according to claim 1, comprising the following steps: (a) providing a sample; (b) determining the weight and dimensions of the sample; (c) coating the sample by a coating process; (d) producing a defined geometry on the sample; (e) Redetermining the weight and dimensions of the sample (ee) Steps (a) to (e) are performed for two samples, the first of which is coated before and the second after a process change; (f) determining the mean density of the coatings of both samples; (g) determining the expected hardness difference according to claim 1. Verfahren nach Anspruch 1, welches folgende Schritte aufweist: – Mittels eines geeigneten Meßverfahrens erfolgt ein Bestimmen der Härte HR1 der Beschichtung der Probe vor Prozessänderung des Beschichtungsprozesses oder der Härte HR2 der Beschichtung der Probe nach Prozessänderung des Beschichtungsprozesses; – Bestimmen der jeweils unbekannten Härte der Beschichtung der jeweils anderen Probe HR2 bzw. HR1 nach Anspruch 1; – Justage der Stellgrößen des Beschichtungsprozesses zur – Kompensierung der nach Anspruch 1 und 2 bestimmten Härtedifferenz.Method according to claim 1, which comprises the following steps: - Determining the hardness HR 1 of the coating of the sample before process change of the coating process or the hardness HR 2 of the coating of the sample after a process change of the coating process by means of a suitable measuring method; Determining the respectively unknown hardness of the coating of the respective other sample HR 2 or HR 1 according to claim 1; - Adjustment of the manipulated variables of the coating process for - Compensating the determined according to claim 1 and 2 hardness difference. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsverfahren ein thermisches Plasmaspritzverfahren ist.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the coating method is a thermal plasma spraying process. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Proben eine zylindrische Form aufweisen.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the samples have a cylindrical shape. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellung der definierten Geometrie mittels Plandrehen unter Zuhilfenahme einer geeigneten Vorrichtung erfolgt.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the production of the defined geometry by means of facing takes place with the aid of a suitable device. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Minimierung des Messfehlers durch eine Erhöhung der Schichtdicke über das für die gewünschte Bauteilfunktion notwendige Maß hinaus erfolgt.A method according to claim 2, characterized in that a minimization of the measurement error takes place by increasing the layer thickness beyond the necessary for the desired component function level addition. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zu bestimmende Härte nach Rockwell und insbesondere nach HR15Y bestimmt wird.Method according to one of claims 3 to 7, characterized in that the hardness to be determined according to Rockwell and in particular to HR15Y is determined. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Beschichtungsmaterial ein pulverförmiges Agglomerat aus mit Bindemittel und CoNiCrAlY umgebenen hexagonalen Bornitridkernen und Polyester verwendet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a powdery agglomerate of hexagonal boron nitride cores surrounded with binder and CoNiCrAlY and polyester is used as the coating material. Vorrichtung zum Herstellen einer definierten Geometrie in Form einer Schablone, umfassend eine Schneide und eine Aufnahme für ein Drehmaschinenfutter, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneide eine keglige Verjüngung der Mantelfläche des Drehgutes erzeugt und die Stirnfläche des Drehgutes plan dreht.Device for producing a defined geometry in the form of a template, comprising a cutting edge and a receptacle for a lathe chuck, characterized in that the cutting edge generates a conical taper of the lateral surface of the rotating material and rotates the end face of the rotating material plan. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die Schablone hergestellte Winkel 30° beträgt.Apparatus according to claim 10, characterized in that the angle produced by the template is 30 °.
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