DE102009038013A1

DE102009038013A1 - Verfahren zur Oberflächen-Beschichtung zumindest eines Teils eines Grundkörpers

Info

Publication number: DE102009038013A1
Application number: DE102009038013A
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing. Englert (FH); Roger Dr.rer. nat. Gorges; Ingo Trautwein
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2009-08-20
Filing date: 2009-08-20
Publication date: 2011-02-24

Abstract

Verfahren zur Oberflächen-Beschichtung zumindest eines Teils eines Grundkörpers (G) mittels eines ein Reaktions-Produkt aufbringenden thermischen Spritzverfahrens unter Verwendung eines Brenners (1, 1', 1'') mit einem Reaktiv-Bereich, wobei der Grundkörper (G) durch den Reaktiv-Bereich befördert und dabei mittels einer thermisch zu dem Reaktions-Produkt reagierenden Reaktiv-Komponente beschichtet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächen-Beschichtung zumindest eines Teils eines Grundkörpers. Die Erfindung betrifft des Weiteren einen gemäß dem Verfahren hergestellten Grundkörper sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bzw. zur Herstellung eines Grundkörpers.
Insbesondere Wärmeübertrager aus Aluminium bedürfen besonders aufgrund immer geringerer Materialwandstärken infolge von Kosten- und Gewichtseinsparungen eines erhöhten Korrosionsschutzes. Des Weiteren tragen geeignete Beschichtungen dazu bei, die Schmutzanhaftung besonders im Frontendbereich von Fahrzeugen zu verringern, um somit die Leistungsfähigkeit des Wärmeübertragers über die Fahrzeuglaufzeit sicherzustellen. Kommt es im Wärmeübertrager zum Anfall von Wasser infolge von Auskondensation oder Spritzwasser, kann eine hydrophile Beschichtung dazu beitragen, dass das Wasser schneller aus dem Wärmeübertrager ausfließt und der Wärmeübertrager somit schneller trocknet.
Wärmeübertrager werden nach dem Stand der Technik mittels chromhaltiger und chromfreier z. B. titan- oder zirkonhaltiger Konversionsschichten beschichtet, um einen entsprechenden Korrosionsschutz zu erhalten. Weiterhin sind Folgebeschichtungen auf Vanadium- oder Silizumbasis bekannt, die die Hydrophilie der Wärmeübertrageroberfläche erhöhen.
Beispielsweise offenbart die JP 57076214 A eine Abgasklappe für Dieselmotoren und deren Herstellung mit einem Flammspritzvorgang einer antikorrosiven Metalllegierung in Kombination mit einem keramischen Material (Al₂O₃, TiO₂ oder ZrO₂).
Die US 6167623 B1 offenbart eine Walzrolle mit einer keramischen Beschichtung, die aus mehreren Lagen besteht und mittels Flammspritzen aufgebracht wird. Die keramische Schicht besteht aus (Al₂O₃, TiO₂ oder Al₂TiO₅).
Nachteilig an den bekannten Beschichtungsverfahren ist jedoch deren großer anlagentechnischer Aufwand.
Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein einfacheres und kostengünstigeres Beschichtungsverfahren vorzuschlagen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einem Grundkörper nach Anspruch 6 sowie einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bzw. zur Herstellung eines Grundkörpers nach Anspruch 7. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Aufgabe ist dadurch gelöst, dass bei einem Verfahren zur Oberflächen-Beschichtung zumindest eines Teils eines Grundkörpers mittels eines ein Reaktions-Produkt aufbringenden thermischen Spritzverfahrens unter Verwendung eines Brenners mit einem Reaktiv-Bereich, wobei der Grundkörper durch den Reaktiv-Bereich befördert und dabei mittels einer thermisch zu dem Reaktions-Produkt reagierenden Reaktiv-Komponente beschichtet werden kann. Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgebrachte Beschichtung erhöht die Korrosionsbeständigkeit und kann im Bedarfsfall auch die Oberflächenhydrophilie erhöhen.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass das Verfahren unter Verwendung des sogenannten Flammspritzverfahrens, insbesondere des sogenannten Hochgeschwindigkeits-Flammspritzverfahrens, zur Oberflächenbeschichtung des Grundkörpers durchgeführt werden kann. Das Flammspritzverfahren kann zur Oberflächenbeschichtung metallischer und nichtmetallischer Werkstoffe verwendet werden. Das Spritzgut, Draht oder Pulver, kann durch eine Acetylen-Sauerstoffflamme auf- bzw. angeschmolzen und durch die Ausdehnung des Brenngases auf die Werkstückoberfläche geschleudert werden. Die Verbrennung beim Hochgeschwindigkeits-Flammspritzverfahren erfolgt kontinuierlich beispielsweise in einer Brennkammer. Die in der Brennkammer erzeugten Brenngasdrücke bewirken eine hohe Strömungsgeschwindigkeit im Gasstrahl. Den Brennern wird Brenngas (z. B. Propan/Butan oder Methan), Druckluft oder Sauerstoffe sowie eine oder mehrere Reaktiv-Komponenten in Form eines Precursors zugeführt.
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die Reaktiv-Komponente in Form eines flüssigen Precursors vorliegen kann. Als Precursor bezeichnet man ein Molekül, das als Ausgangsprodukt betrachtet wird, aber auch durchaus selbst eine endgültige Funktion haben bzw. eine Flüssigchemikalie, die als Beschichtungsmaterial eingesetzt werden kann. Precursoren sind vorzugsweise anorganisch oder metallorganische Verbindungen der Elemente Si, Ti, W, V, Zn, Al, oder B. Der Precursor reagiert in der Flamme und die Reaktionsprodukte scheiden sich als Schicht auf der Oberfläche des Grundkörpers ab.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die Reaktiv-Komponente in Form eines gasförmigen Precursors vorliegen kann.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die Reaktiv-Komponente in Form eines festen Precursors vorliegen kann.
Bei einem Grundköper ist die erfindungsgemäße Aufgabe dadurch gelöst, dass der beschichtete Grundkörper als zumindest Teil eines Wärmeübertragers, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, ausgebildet sein kann.
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass der Grundkörper in Form eines Kühlkörpers ausgebildet sein kann.
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass der Grundkörper mit einer beispielsweise glasartigen, keramischen oder anderweitig oxidischen Korrosionsschutz-Beschichtung versehen sein kann.
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass der Grundkörper mit einer Schmutzanhaftung entgegenwirkenden Beschichtung versehen sein kann.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform sieht die Verwendung von Precursoren vor, die zusätzlich eine farbige oder transparente Beschichtung des Grundkörpers, beispielsweise des Wärmeübertragers, erzeugen können. Aus Designgründen kann eine Färbung des Grundkörpers gewünscht sein, besonders wenn diese im Sichtbereich des Fahrzeugs verbaut sind. Durch eine entsprechende Beschichtung lassen sich somit gezielt die gewünschten Farbnuancen einstellen bzw. auftragen. Auf diese Weise können nachgelagerte Lackierungen zur Erzeugung gewünschter Farbtöne eingespart werden.
Bei einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bzw. zur Herstellung eines Grundkörpers ist die erfindungsgemäße Aufgabe dadurch gelöst, dass eine Fördervorrichtung vorgesehen ist, mittels der der Grundkörper nach Art eines Durchlaufprozesses durch den Reaktiv-Bereich des Brenners förderbar und dabei mit der Oberflächen-Beschichtung beschichtbar ist.
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die Vorrichtung mit einem umlaufenden Fördermittel ausgestattet ist, auf das die zu beschichtenden Grundkörper vor Eintritt in den Reaktor-Bereich des Brenners aufbringbar und von welchem sie nach Austritt aus dem Reaktiv-Bereich wieder entnehmbar sind.
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass das Fördermittel in Form eines Kettenförderers ausgebildet sein kann.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Vorrichtung einen Brenner umfasst, der in Form eines Poren-Brenners mit innerhalb dessen geführter Reaktions-Wärme und mit dessen Poren umgebenden Reaktiv-Bereich ausgebildet sein kann.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass der Reaktiv-Bereich in Form eines Flammvorhangs ausgebildet sein kann.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass der Brenner als linienförmiger oder flächenförmiger Brenner ausgebildet sein kann. Ein Vorteil liegt darin, dass der Brenner in nahezu beliebigen Längen hergestellt werden kann, einfach zu montieren ist und außerdem für die gleichmäßige Beheizung von laufenden, temperaturempfindlichen, breiten Materialbahnen oder Grundkörpern eine sehr gleichmäßige Energieverteilung über seine gesamte Länge gewährleistet.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Vorrichtung mehrere zu einer Betriebs- bzw. Baueinheit zusammengefasste Brenner umfassen kann.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
Es zeigen:
1 schematische Darstellung eines Einzelbrenners;
2 schematische Darstellung eines Linienbrenners im Betriebsmodus;
3 zu einer Baueinheit zusammengefasste Linienbrenner;
4 ein schematisch dargestelltes Zudosierungsprinzip für einen Brenner;
5 schematische Darstellung einer Fördervorrichtung.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Einzelbrenners 1 zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens bzw. zur Herstellung eines beschriebenen Grundkörpers. Der Einzelbrenner 1 weist einen Brennluft-Eintrittsbereich 2 und einen Brenngas-Eintrittsbereich 3 auf und ist in seinem oberen Brenngas-Austrittsbereich 4 mit mehreren Brenngasauslassöffnungen 5 versehen.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Linienbrenners 1' im Betriebsmodus. Der Linienbrenner 1' besteht aus einem Hohlkörper 6, beispielsweise aus einem durchgehenden, stranggepressten Metallprofil, mit im Wesentlichen U-förmigem Querschnitt und einem Jochteil 7 und zwei Schenkelteilen 8 und 9, in dessen freie Enden mindestens eine Düsenplatte 10 mit quasi-homogener Verteilung der Brenngasauslassöffnungen 11 eingesetzt ist. Ein schematisch dargestellter Flammenvorhang 12 tritt aus den Brenngasauslassöffnungen 11 aus.
3 zeigt vier mit einem einheitlichen Bezugszeichen versehene Linienbrenner 1', welche zu einer Baueinheit 13 zusammengefasst sind. Jeder Linienbrenner 1' entspricht in Art und Weise dem in 2 beschriebenen Linienbrenner. Den Linienbrennern 1' wird Brenngas (z. B. Propan/Butan oder Merthan), Druckluft oder Sauerstoff sowie einer oder mehrerer Reaktivkomponenten in Form eines flüssigen, gasförmigen oder festen Precursors zugeführt. Der Precursor reagiert in der Flamme und die Reaktionsprodukte scheiden sich als Schicht auf der Oberfläche des zu beschichtenden Grundkörpers ab.
4 zeigt ein schematisch dargestelltes Zudosierungsprinzip für einen, nur durch den Leitungsabschnitt L dargestellten Brenner 1''. Die Reaktivkomponenten können in Form eines flüssigen, gasförmigen oder festen Precursors zugeführt werden. Die Funktions- und Betriebssicherheit werden durch ein Gasmischsystem nach dem Injektorprinzip gewährleistet. Dazu werden die Reaktivkomponenten durch eine Eintrittsöffnung 14 in den Brennluftstrom, welcher durch das Pfeilsymbol 15 angedeutet ist, in den Brenner 1'' bzw. den Leitungsabschnitt L eingeleitet. Der Brenner 1'' bzw. der Leitungsabschnitt L beruht im Wesentlichen auf dem Funktionsprinzip einer Venturi-Düse und weist daher ein glattwandiges Rohrstück 16 mit einer Verengung des Querschnitts durch zwei gegeneinander gerichtete Konen 17 und 18 auf.
5 zeigt die schematische Darstellung einer Fördervorrichtung F zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens bzw. zur Herstellung eines beschriebenen Grundkörpers.
Die Fördervorrichtung F besteht aus einer Brennerzone 19 die zumindest einen der beschriebenen Brenner 1, 1' oder 1'' aufweisen kann. Die Fördervorrichtung F weist ferner ein umlaufendes Fördermittel 20 auf, auf das die zu beschichtenden Grundkörper G vor Eintritt in den Reaktor-Bereich des Brenners bzw. der Brennzone 19 aufbringbar und von welchem sie nach Austritt aus dem Reaktiv-Bereich bzw. der Brennzone 19 wieder entnehmbar sind. Das Fördermittel 20 kann in Form eines Kettenförderers ausgebildet sein.
Nach Austritt aus dem Reaktiv-Bereich bzw. nach Austritt aus der Brennzone 19 durchlaufen die beschichteten Grundkörper G zusätzlich eine Abkühlzone 22.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 57076214 A [0004]
- US 6167623 B1 [0005]

Claims

Verfahren zur Oberflächen-Beschichtung zumindest eines Teils eines Grundkörpers (G) mittels eines ein Reaktions-Produkt aufbringenden thermischen Spritzverfahrens unter Verwendung eines Brenners (1, 1', 1'') mit einem Reaktiv-Bereich, wobei der Grundkörper (G) durch den Reaktiv-Bereich befördert und dabei mittels einer thermisch zu dem Reaktions-Produkt reagierenden Reaktiv-Komponente beschichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch, die Verwendung des sogenannten Flammspritzverfahrens, insbesondere des sogenannten Hochgeschwindigkeits-Flammspritzverfahrens, zur Oberflächenbeschichtung des Grundkörpers (G).
Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, gekennzeichnet durch, eine Reaktiv-Komponente in Form eines flüssigen Precursors.
Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, gekennzeichnet durch, eine Reaktiv-Komponente in Form eines gasförmigen Precursors.
Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, gekennzeichnet durch, eine Reaktiv-Komponente in Form eines festen Precursors.
Gemäß dem Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5 beschichteter Grundkörper (G) als zumindest Teil eines Wärmeübertragers, insbesondere in einem Kraftfahrzeug.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5 bzw. zur Herstellung eines Grundkörpers nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch, eine Fördervorrichtung (F), mittels der der Grundkörper (G) nach Art eines Durchlaufprozesses durch den Reaktiv-Bereich des Brenners (1, 1', 1'') förderbar und dabei mit der Oberflächen-Beschichtung beschichtbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch, ein umlaufendendes Fördermittel (20) auf das die zu beschichtenden Grundkörper (G) vor Eintritt in den Reaktor-Bereich des Brenners (1, 1', 1'') aufbringbar und von welchem sie nach Austritt aus dem Reaktiv-Bereich wieder entnehmbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch, ein Fördermittel (20) in Form eines Kettenförderers.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 9, gekennzeichnet durch, zumindest einen Brenner (1, 1', 1'') in Form eines Poren-Brenners mit innerhalb dessen geführter Reaktions-Wärme und mit dessen Poren umgebenden Reaktiv-Bereich.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 10, gekennzeichnet durch, einen Reaktiv-Bereich in Form eines Flammenvorhangs 12.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 11, gekennzeichnet durch, zumindest einen linienförmigen Brenner (1').
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 11, gekennzeichnet durch, zumindest einen flächenförmigen Brenner.
Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, gekennzeichnet durch, einen mit mehreren zu einer Betriebs- bzw. Baueinheit (13) zusammengefassten Brenner (1').