DE102011087159B3

DE102011087159B3 - Priming preparation for cold gas spraying and cold gas spraying device

Info

Publication number: DE102011087159B3
Application number: DE201110087159
Authority: DE
Inventors: Erwin Bayer; Manuel Hertter
Original assignee: MTU Aero Engines GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 2011-11-25
Filing date: 2011-11-25
Publication date: 2013-03-28
Anticipated expiration: 2031-11-26
Also published as: WO2013075695A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung eines Bauteils, insbesondere eines Bauteils einer Gasturbine oder eines Flugtriebwerks, bei welchem die Beschichtung durch Kaltgasspritzen auf dem Bauteil aufgebracht wird und wobei vor der Beschichtung die zu beschichtende Oberfläche des Bauteils (1) mit kaltem Plasma (11) vorbehandelt wird. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine Kaltgasspritzvorrichtung (4) zur Durchführung des Verfahrens.The present invention relates to a method for coating a component, in particular a component of a gas turbine or an aircraft engine, in which the coating is applied to the component by cold gas spraying and wherein prior to the coating the surface of the component (1) to be coated is coated with cold plasma (11 ) is pretreated. The present invention further relates to a cold gas spraying device (4) for carrying out the method.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung eines Bauteils, insbesondere eines Bauteils einer Gasturbine oder eines Flugtriebwerks, bei welchem die Beschichtungen durch Kaltgasspritzen auf dem Bauteil aufgebracht werden. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The present invention relates to a method for coating a component, in particular a component of a gas turbine or an aircraft engine, in which the coatings are applied by cold gas spraying on the component. Furthermore, the present invention relates to a corresponding device for carrying out the method.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

In vielen Bereichen der Technik ist es erforderlich auf Bauteilen Beschichtungen vorzusehen, um das Bauteil vor Umgebungseinflüssen zu schützen. Insbesondere in Umgebungen mit hohen Temperaturen oder aggressiven Medien, wie beispielsweise bei Gasturbinen oder Flugtriebwerken müssen Bauteile mit Verschleißschutzschichten, Panzerungen, Oxidationsschutzschichten und dergleichen geschützt werden. Allerdings ergeben sich vielfältige Aufgaben und Gesichtspunkte bei der Herstellung von Beschichtungen, da viele Faktoren zu berücksichtigen sind, die sich gegenseitig beeinflussen. So muss beispielsweise das Beschichtungsverfahren für das Bauteil bzw. den Werkstoff, aus dem das Bauteil gebildet ist, geeignet sein und der Werkstoffverbund muss bei den Einsatzbedingungen zuverlässig und dauerhaft zusammenwirken.In many areas of technology, it is necessary to provide coatings on components in order to protect the component from environmental influences. Especially in environments with high temperatures or aggressive media, such as gas turbines or aircraft engines components with wear protection layers, armor, oxidation protection layers and the like must be protected. However, there are a variety of tasks and aspects in the production of coatings, as many factors are to be considered, which influence each other. For example, the coating process for the component or the material of which the component is formed must be suitable and the composite material must cooperate reliably and permanently under the conditions of use.

Ein Aspekt, der bei Beschichtungen allgemein, aber insbesondere auch für Komponenten von Flugtriebwerken oder Gasturbinen eine hohe Bedeutung aufweist, betrifft die Haftfestigkeit der Beschichtung auf dem Bauteil. Bei mangelnder Haftung kommt es zum Abplatzen der Beschichtung, sodass die Bauteillebensdauer niedrig ist. Entsprechend bedarf dieser Aspekt besonderer Aufmerksamkeit und ständiger Verbesserung.One aspect which is of great importance in coatings in general, but in particular also for components of aircraft engines or gas turbines, relates to the adhesive strength of the coating on the component. Lack of adhesion causes the coating to flake off so that the component life is low. Accordingly, this aspect needs special attention and constant improvement.

Ein Verfahren, welches zur Beschichtung von Komponenten von Gasturbinen oder Flugtriebwerken eingesetzt wird, ist das sogenannte Kaltgasspritzen oder kinetische Kaltgasspritzen, auch K3-Verfahren genannt (kinetisches Kaltgas-Kompaktieren). Bei diesem Verfahren wird der Beschichtungsstoff in Form von Partikeln mit hoher Geschwindigkeit auf das zu beschichtende Bauteil beschleunigt, um dort abgeschieden zu werden. Da das abzuscheidende Material nicht auf Schmelztemperatur erwärmt wird, wie beim thermischen Spritzen oder Flammspritzen, sondern bei niedrigeren Temperaturen aufgebracht wird, wird es als Kaltgasspritzen bezeichnet. Beispielsweise ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kaltgasspritzen in der WO 2010/003396 A1 beschrieben. Die Haftung des Beschichtungsstoffes auf dem Bauteil und innerhalb der Beschichtung wird durch die plastische Verformung der auftreffenden Partikel auf Grund ihrer hohen kinetischen Energie erzielt. Die Partikel verformen sich mit dem Grundwerkstoff des zu beschichtenden Bauteils und untereinander und fließen ineinander, um sich fest zu verbinden.A method which is used for coating components of gas turbines or aircraft engines, is the so-called cold gas spraying or kinetic cold gas spraying, also called K3 process (kinetic cold gas compacting). In this method, the coating material is accelerated in the form of particles at high speed on the component to be coated in order to be deposited there. Since the material to be deposited is not heated to melting temperature, as in thermal spraying or flame spraying, but is applied at lower temperatures, it is referred to as cold gas spraying. For example, a method and a device for cold gas spraying in the WO 2010/003396 A1 described. The adhesion of the coating material on the component and within the coating is achieved by the plastic deformation of the impinging particles due to their high kinetic energy. The particles deform with the base material of the component to be coated and with each other and flow into each other to firmly connect.

Aus der Druckschrift DE 39 07 625 C1 ist die Vorbehandlung mittels Plasma für ein sich anschließendes Plasmaspritzen bekannt.From the publication DE 39 07 625 C1 For example, plasma pretreatment is known for subsequent plasma spraying.

Die Druckschrift EP 1 903 126 A1 beschreibt eine Behandlung eines Bauteils vor dem Kaltgasspritzen, wobei das zu beschichtende Bauteil vor dem Spritzen unter anderem mit einem Plasmastrahl behandelt (aufgeheizt) wird.The publication EP 1 903 126 A1 describes a treatment of a component prior to the cold gas spraying, wherein the component to be coated is treated (heated), inter alia, with a plasma jet prior to spraying.

Darüber hinaus sind Kaltgeräte aus der Druckschrift WO 2007/124 910 A2 bekannt, die für die Vorbehandlung von zu beschichtenden Oberflächen geeignet sind.In addition, cold devices from the publication WO 2007/124 910 A2 known, which are suitable for the pretreatment of surfaces to be coated.

Zur Verbesserung der Haftfestigkeit von Kaltgas gespritzten Beschichtungen ist es bekannt, die Oberfläche in der Weise vorzubehandeln, dass die Oberfläche mit Aluminiumoxid oder Korund gestrahlt wird, um so Verunreinigungen und Oxidschichten, die sich auf der Oberfläche des zu beschichtenden Bauteils gebildet haben, zu entfernen und die Verbindung des Beschichtungswerkstoffs mit dem Grundwerkstoff des zu beschichtenden Bauteils zu ermöglichen. Allerdings ist die Behandlung mit Strahlmitteln insbesondere bei kerbempfindlichen Legierungen, wie beispielsweise Titanlegierungen, in der Hinsicht problematisch, dass die Strahlmittel in die Oberfläche eingebracht werden können und insbesondere bei dynamischen Belastungen als Ausgangspunkt für Schädigungen dienen können, die zu einer erheblichen Verringerung der Lebensdauer des Bauteils führen können.To improve the adhesion of cold sprayed coatings, it is known to pretreat the surface in such a way that the surface is blasted with alumina or corundum so as to remove impurities and oxide layers formed on the surface of the component to be coated allow the connection of the coating material with the base material of the component to be coated. However, the treatment with blasting abrasives, in particular with notch-sensitive alloys, such as titanium alloys, is problematic in that the blasting agents can be introduced into the surface and can serve as a starting point for damage, in particular under dynamic loads, which leads to a considerable reduction in the service life of the component being able to lead.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNGDISCLOSURE OF THE INVENTION

AUFGABE DER ERFINDUNGOBJECT OF THE INVENTION

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Beschichtung eines Bauteils durch Kaltgasspritzen bereitzustellen, bei welchem die Haftfestigkeit verbessert wird ohne die negativen Einflüsse des Standes der Technik aufzuweisen. Insbesondere soll das Verfahren einfach und zuverlässig durchführbar sein und die Beibehaltung der Eigenschaften des beschichteten Bauteils ermöglichen.It is therefore an object of the present invention to provide a method for coating a component by cold gas spraying, in which the adhesive strength is improved without having the negative influences of the prior art. In particular, the method should be simple and reliable feasible and allow the retention of the properties of the coated component.

TECHNISCHE LÖSUNGTECHNICAL SOLUTION

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Kaltgasspritzvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by a method having the features of claim 1 and a Cold gas spraying device with the features of claim 8. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Idee zugrunde, dass eine besonders wirkungsvolle Vorbehandlung der Oberfläche des zu beschichtenden Bauteils für die nachfolgende Beschichtung durch Kaltgasspritzen ohne zusätzliche Beeinträchtigungen des Werkstoffs des zu beschichtenden Bauteils mit einer Plasmabehandlung möglich ist, die kaltes Plasma verwendet. Im Gegensatz zu heißem Plasma, bei welchem die freien Elektronen und Ionen des Plasmagases durch die hohe Temperatur erzielt werden, wird bei der Herstellung von kaltem Plasma eine gezielte Anregung der Elektronen durchgeführt, die in starke Schwingungen versetzt werden, wobei die Ionen eine deutlich geringere Anregung erfahren. Aufgrund der unterschiedlichen Anregung von Ionen und Elektronen ergibt sich insgesamt, dass die Temperatur des Plasmagases niedrig gehalten werden kann, beispielsweise in einem Bereich knapp oberhalb der Raumtemperatur. Damit wird erreicht, dass keine Beeinträchtigung des Werkstoffs des zu beschichtenden Bauteils durch eine Temperaturbelastung entsteht und zudem wird durch die niedrige Temperatur des Plasmas erreicht, dass keine zusätzlichen Oxidschichten gebildet werden. Stattdessen kann mit dem kalten Plasma eine Reinigung der zu beschichtenden Oberfläche von Anhaftungen, wie beispielsweise eine Reinigung von organischen Substanzen erzielt werden. Darüber hinaus können auch dünne Oxidschichten abgelöst oder aufgebrochen werden oder bei Verwendung eines geeigneten Plasmagases entsprechend reduziert werden. Damit kann eine Oberfläche an dem zu beschichtenden Bauteil geschaffen werden, die es den auftreffenden Werkstoffpartikeln beim Kaltgasspritzen ermöglicht eine innige Verbindung mit dem Werkstoff des zu beschichtenden Bauteils einzugehen.The present invention is based on the idea that a particularly effective pretreatment of the surface of the component to be coated for the subsequent coating by cold gas spraying is possible without additional adverse effects on the material of the component to be coated with a plasma treatment using cold plasma. In contrast to hot plasma, in which the free electrons and ions of the plasma gas are achieved by the high temperature, in the production of cold plasma, a targeted excitation of the electrons is carried out, which are put into strong oscillations, the ions having a much lower excitation Experienced. Due to the different excitation of ions and electrons results overall that the temperature of the plasma gas can be kept low, for example in a range just above room temperature. This ensures that no impairment of the material of the component to be coated is caused by a temperature load and also is achieved by the low temperature of the plasma that no additional oxide layers are formed. Instead, with the cold plasma, cleaning of the surface to be coated from adhesions such as cleaning of organic substances can be achieved. In addition, even thin oxide layers can be removed or broken or reduced accordingly when using a suitable plasma gas. Thus, a surface can be created on the component to be coated, which allows the impinging material particles during cold gas spraying to enter into an intimate connection with the material of the component to be coated.

Die Plasmabehandlung kann unmittelbar vor der Abscheidung der Beschichtung erfolgen, insbesondere innerhalb von Zeitspannen von weniger als einer Minute, vorzugsweise weniger als fünf Sekunden, insbesondere weniger als einer Sekunde vor der Abscheidung der Beschichtung, um zu vermeiden, dass sich nach der Vorbehandlung der zu beschichtenden Oberfläche wieder Verunreinigungen abscheiden oder Oxidschichten bilden. Insbesondere kann die Plasmabehandlung lokal begrenzt in einem Teilbereich der zu beschichtenden Oberfläche erfolgen, und zwar abgestimmt auf den Strahldurchmesser des Beschichtungsstrahls, mit dem nachfolgend die zu beschichtende Oberfläche beschichtet wird.The plasma treatment may be carried out immediately prior to the deposition of the coating, in particular within time periods of less than one minute, preferably less than five seconds, in particular less than one second before the deposition of the coating, in order to prevent the coating to be coated after the pretreatment Surface again deposit impurities or form oxide layers. In particular, the plasma treatment can be locally limited in a partial region of the surface to be coated, specifically adapted to the beam diameter of the coating jet, with which subsequently the surface to be coated is coated.

Entsprechend ist es möglich, dass die Plasmaquelle für das kalte Plasma und die Spritzvorrichtung, wie beispielsweise eine Kaltgasspritzpistole, so zueinander angeordnet sind, dass sie in einer festen Beziehung zueinander über die zu beschichtende Oberfläche bewegt werden, wobei die Plasmaquelle das kalte Plasma zur Vorbehandlung zur Verfügung stellt, während die Düsenvorrichtung der Kaltgasspritzvorrichtung den Spritzstrahl auf genau die vorbehandelte Fläche lenkt.Accordingly, it is possible that the cold plasma plasma source and the spray device, such as a cold gas spray gun, are arranged to be moved in a fixed relationship to each other across the surface to be coated, wherein the plasma source supplies the cold plasma for pretreatment Provides, while the nozzle device of the cold gas spraying device directs the spray jet on exactly the pretreated surface.

Um eine größere Fläche zu beschichten, können das kalte Plasma und der Spritzstrahl in einer Rasterbewegung über das zu beschichtende Bauteil geführt werden, um mittels einer derartigen Scan-Bewegung über die Bearbeitungsdauer die gesamte zu beschichtende Oberfläche zu überdecken.In order to coat a larger area, the cold plasma and the spray jet can be guided in a raster motion over the component to be coated in order to cover the entire surface to be coated by means of such a scan movement over the processing time.

Die Temperatur des kalten Plasmas kann bei der Oberflächenbehandlung unter 200°C, insbesondere unter 100°C und vorzugsweise unter 50°C gewählt werden, um die Temperaturbelastung des zu beschichtenden Bauteils so gering wie möglich zu halten und die erneute Bildung von Oxidschichten zu vermeiden.The temperature of the cold plasma may be chosen below 200 ° C, in particular below 100 ° C, and preferably below 50 ° C in the surface treatment in order to keep the temperature load of the component to be coated as low as possible and to avoid the re-formation of oxide layers.

Das für die Plasmaerzeugung verwendete Gas kann insbesondere ein Wasserstoff-Argon-Gemisch sein, welches reduzierende Eigenschaften aufweist und dadurch besonders effektiv für die Beseitigung von bestehenden Oxidschichten auf dem zu beschichtenden Bauteil eingesetzt werden kann.The gas used for the plasma generation may in particular be a hydrogen-argon mixture which has reducing properties and can therefore be used particularly effectively for the removal of existing oxide layers on the component to be coated.

Bei einer mehrlagigen Abscheidung einer Beschichtung kann die Plasmavorbehandlung nicht nur bei der ersten Lage, also der Beschichtung auf dem Grundwerkstoff des Bauteils vorgenommen werden, sondern nachfolgend auch bei der Aufbringung weiterer Lagen, also zur Vorbehandlung der bereits abgeschiedenen Beschichtung. Allerdings ist es auch möglich lediglich eine Vorbehandlung der Oberfläche des zu beschichtenden Bauteils vorzusehen und bei der nachfolgenden mehrlagigen Aufbringung der Beschichtung auf die Vorbehandlung mit dem kalten Plasma zu verzichten.In the case of a multilayer deposition of a coating, the plasma pretreatment can be carried out not only in the first layer, ie the coating on the base material of the component, but subsequently also in the application of further layers, ie for the pretreatment of the already deposited coating. However, it is also possible to provide only a pretreatment of the surface of the component to be coated and to dispense with the pretreatment with the cold plasma in the subsequent multi-layer application of the coating.

Eine entsprechende Kaltgasspritzvorrichtung umfasst somit neben einer Düsenvorrichtung, mit welcher ein Spritzstrahl auf das zu beschichtende Bauteil gerichtet wird, auch eine Plasmaquelle für kaltes Plasma, um dieses für die Vorbehandlung der zu beschichtenden Oberfläche des Bauteils einsetzen zu können.A corresponding cold gas spraying device thus comprises not only a nozzle device with which a spray jet is directed at the component to be coated, but also a plasma source for cold plasma in order to be able to use it for the pretreatment of the surface of the component to be coated.

Die Plasmaquelle kann einen Plasmaaustritt umfassen, an welchem das kalte Plasma von der Plasmaquelle austreten kann, um mit der zu behandelnden Oberfläche in Kontakt zu gelangen. Die Plasmaquelle bzw. der Plasmaaustritt können mit der Düsenvorrichtung so gekoppelt sein, dass das bereitgestellte Plasma in einer festen Beziehung zur Düsenvorrichtung angeordnet ist, wobei zusätzlich die Düsenvorrichtung und die Plasmaquelle bzw. der Plasmaaustritt entsprechend bewegbar sein können, sodass eine größere Oberfläche durch eine scannende Bewegung beschichtet werden kann.The plasma source may include a plasma exit from which the cold plasma may exit from the plasma source to contact the surface to be treated. The plasma source or the plasma outlet may be coupled to the nozzle device such that the plasma provided is arranged in a fixed relationship to the nozzle device, wherein additionally the nozzle device and the plasma source or the plasma outlet may be correspondingly movable, so that a larger surface can be coated by a scanning motion.

Die Plasmaquelle für das kalte Plasma kann einen Mikrowellengenerator und einen Gasbehälter umfassen, in welchem Gas bei niedrigem Druck unterhalb des Atmosphärendrucks durch den Mikrowellengenerator angeregt werden kann, um kaltes Plasma zu erzeugen. Der Druck, bei dem das anzuregende Gas im Gasbehälter gehalten wird, kann nahezu im Bereich des technischen Vakuums bzw. geringfügig darüber liegen.The cold plasma plasma source may include a microwave generator and a gas container in which gas at low pressure below atmospheric pressure may be excited by the microwave generator to produce cold plasma. The pressure at which the gas to be excited is held in the gas container can be almost in the range of the technical vacuum or slightly above it.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGURBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURE

Die einzige beigefügte Figur zeigt in einer schematischen Darstellung eine Kaltgasspritzvorrichtung mit einer Plasmaquelle zur Erzeugung eines kalten Plasmas gemäß der vorliegenden Erfindung und zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.The sole accompanying figure shows a schematic representation of a cold gas spraying device with a plasma source for producing a cold plasma according to the present invention and for carrying out the method according to the invention.

AUSFÜHRUNGSBEISPIELEmbodiment

Weitere Vorteile, Kennzeichen und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beigefügten Zeichnung deutlich. Allerdings ist für den Fachmann selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt ist.Further advantages, characteristics and features of the present invention will become apparent in the following detailed description of an embodiment with reference to the accompanying drawings. However, it will be understood by those skilled in the art that the invention is not limited to this embodiment.

Die einzige beigefügte Figur zeigt in rein schematischer Weise einen Teil einer Kaltgasspritzvorrichtung 4, mit der ein Bauteil 1 beschichtet werden kann. Die Kaltgasspritzvorrichtung 4 umfasst eine Laval-Düse 5, mit der ein Spritzstrahl 8 erzeugt werden kann, der Beschichtungspartikel 9 mit hoher Geschwindigkeit auf die zu beschichtende Oberfläche des Bauteils 1 befördert. Hierzu wird über die Gaszufuhr 6 ein Trägergas in die Düsenvorrichtung 5 eingeführt, welches die der Materialzufuhr 7 zugeführten Beschichtungspartikel mitführt und durch die Laval-Düse 5 mit hoher Geschwindigkeit auf das zu beschichtende Bauteil 1 beschleunigt, wobei Geschwindigkeiten im Bereich oberhalb der Schallgeschwindigkeit erreicht werden können. Durch die hohe kinetische Energie, die die Beschichtungspartikel 9 aufweisen, wenn sie auf die Oberfläche des Bauteils 1 auftreffen, kommt es zu einer plastischen Verformung der Partikel 9 und der Oberfläche, auf die die Partikel auftreffen, sodass es zu einem Ineinanderfließen der Partikel 9 und der zu beschichteten Oberfläche kommt. Darüber hinaus fließen nacheinander auftreffende Beschichtungspartikel ineinander, sodass sich insgesamt eine Beschichtung ergibt, bei der die Beschichtungspartikel untereinander und mit der Oberfläche des zu beschichtenden Bauteils aufgrund der plastischen Verformung miteinander verbunden sind. Die Strahlgeschwindigkeit, mit der die Partikel auf die zu beschichtenden Bauteil 1 auftreffen wird dabei so hoch gewählt, dass die plastische Verformung auch bei Temperaturen weit unterhalb des Schmelzpunkts der Beschichtungspartikel 9 auftritt, sodass im Gegensatz zum thermischen Spritzen oder Flammspritzen, bei denen die Beschichtungspartikel im Bereich der Schmelztemperatur erwärmt werden, vom Kaltgasspritzen gesprochen wird.The single attached figure shows in a purely schematic way a part of a cold gas spraying device 4 with which a component 1 can be coated. The cold gas spraying device 4 includes a Laval nozzle 5 with which a spray jet 8th can be generated, the coating particles 9 at high speed on the surface of the component to be coated 1 promoted. This is done via the gas supply 6 a carrier gas into the nozzle device 5 introduced, which the material supply 7 supplied with coating particles and through the Laval nozzle 5 at high speed on the component to be coated 1 accelerated, whereby speeds in the range above the speed of sound can be achieved. Due to the high kinetic energy that the coating particles 9 when they touch the surface of the component 1 impinge, it comes to a plastic deformation of the particles 9 and the surface on which the particles impinge, causing it to flow into one another 9 and the surface to be coated comes. In addition, successive impinging coating particles flow into each other, so that overall results in a coating in which the coating particles are interconnected with each other and with the surface of the component to be coated due to the plastic deformation. The jet velocity with which the particles move to the component to be coated 1 Impact is chosen so high that the plastic deformation even at temperatures well below the melting point of the coating particles 9 occurs so that in contrast to the thermal spraying or flame spraying, in which the coating particles are heated in the range of the melting temperature, is spoken of the cold gas spraying.

Wie der Figur weiter zu entnehmen ist, ist der Düsenvorrichtung 5 ein Gasbehälter 2 zugeordnet, in dem oder an dem ein Mikrowellengenerator 3 vorgesehen ist, um Gas, welches sich unter niedrigem Druck in dem Gasbehälter 2 befindet, zu einem kalten Plasma anzuregen. Das kalte Plasma kann durch einen Plasmaaustritt 10 austreten, sodass eine Behandlung der Oberfläche des zu beschichteten Bauteils 1 möglich ist. Dies ist in der Figur durch den ovalen Bereich angedeutet, der das Plasma 11 zur Behandlung der Oberfläche des Bauteils 1 rein schematisch andeuten soll.As the figure further shows, the nozzle device 5 a gas container 2 associated, in or on which a microwave generator 3 is provided to gas, which is under low pressure in the gas container 2 is to stimulate a cold plasma. The cold plasma can pass through a plasma exit 10 emerge, so that a treatment of the surface of the component to be coated 1 is possible. This is indicated in the figure by the oval area, which is the plasma 11 for the treatment of the surface of the component 1 to indicate purely schematically.

Durch die Anregung des kalten Plasmas liegt ein Gas vor, welches freie Ionen und Elektronen umfasst, wobei besonders die Elektronen zu Schwingungen angeregt sind, während die Ionen nur geringfügig in Bewegung versetzt sind, sodass insgesamt die Temperatur des angeregten Gases bzw. Plasmas gering ist. Die Temperatur kann beispielsweise in einem Bereich von 40 bis 50°Celsius liegen.By the excitation of the cold plasma, a gas is present, which comprises free ions and electrons, wherein in particular the electrons are excited to vibrate, while the ions are only slightly set in motion, so that the total temperature of the excited gas or plasma is low. The temperature may be, for example, in a range of 40 to 50 ° Celsius.

Gleichwohl kommt es durch das Plasma zu einer Reaktion mit der Oberfläche des zu beschichtenden Bauteils, sodass organische Substanzen und dünne Oxidschichten entfernt werden können. Insbesondere durch die Verwendung von reduzierenden Gasgemischen, wie beispielsweise Wasserstoff-Argon, ist die Reduktion von dünnen Oxidschichten auf der zu beschichtenden Oberfläche des Bauteils 1 zumindest teilweise möglich, sodass die zu beschichtende Oberfläche für die nachfolgende Beschichtung mittels Kaltgasspritzen aktiviert ist und eine verbesserte Haftung der auftreffenden Partikel mit dem Grundwerkstoff des Bauteils 1 möglich ist.Nevertheless, the plasma causes a reaction with the surface of the component to be coated, so that organic substances and thin oxide layers can be removed. In particular, by the use of reducing gas mixtures, such as hydrogen-argon, is the reduction of thin oxide layers on the surface to be coated of the component 1 at least partially possible, so that the surface to be coated for the subsequent coating is activated by cold gas spraying and improved adhesion of the impinging particles with the base material of the component 1 is possible.

Durch die niedrige Temperatur des Plasmas wird auch bewirkt, dass sich keine zusätzlichen Oxidschichten während oder kurz nach der Behandlung bilden können. Insbesondere bei Werkstoffen, die sehr schnell dünne Oxidschichten ausbilden, wie beispielsweise Titan, Aluminium, Magnesium oder Nickel haltige Legierungen, kann durch die Vorbehandlung mit kaltem Plasma eine Verbesserung der Haftfestigkeit der nachfolgend abgeschiedenen Beschichtung erzielt werden.The low temperature of the plasma also causes no additional oxide layers to form during or shortly after the treatment. In particular, in materials that form very thin oxide layers, such as titanium, aluminum, magnesium or nickel-containing alloys, can be achieved by the pretreatment with cold plasma, an improvement in the adhesion of the subsequently deposited coating.

Durch die Kombination der Plasmaquelle mit der Düsenvorrichtung 5 der Kaltgasspritzvorrichtung 4 kann die Plasmaquelle 2, 3 bzw. das Plasma 11 zusammen mit der Düsenvorrichtung 5 über die zu beschichtende Oberfläche geführt werden, sodass zunächst das kalte Plasma 11 die Oberfläche des zu beschichtenden Bauteils vorbehandelt und nachfolgend der Spritzstrahl 8 die abzuscheidenden Partikel auf dem Bauteil 1 aufbringt. Die Bewegungsrichtung ist dabei beispielsweise so, wie mit dem Pfeil in der Figur angedeutet, sodass zunächst die Plasmavorbehandlung und unmittelbar danach die Beschichtung erfolgt. Durch die kurzen Zeitabstände zwischen der Plasmavorbehandlung und der Beschichtung bei einer derartigen Vorgehensweise können sich keine neuen Oxidschichten auf der zu beschichtenden Oberfläche bilden und die Beschichtungspartikel 9 können sich unmittelbar mit dem Werkstoff des Bauteils 1 verbinden.By combining the plasma source with the nozzle device 5 the cold gas spraying device 4 can the plasma source 2 . 3 or the plasma 11 together with the nozzle device 5 be guided over the surface to be coated, so first the cold plasma 11 pretreated the surface of the component to be coated and subsequently the spray jet 8th the particles to be deposited on the component 1 applies. The direction of movement is, for example, as indicated by the arrow in the figure, so that first the plasma pretreatment and immediately thereafter the coating takes place. Due to the short time intervals between the plasma pretreatment and the coating in such an approach, no new oxide layers can form on the surface to be coated and the coating particles 9 can become directly related to the material of the component 1 connect.

Sofern eine Beschichtung aufgebracht wird, in der Beschichtungsstoffe in mehreren Lagen aufgebracht werden, kann bei der Abscheidung der weiteren Lagen der Beschichtung auf die Plasmavorbehandlung verzichtet werden. Es ist aber auch möglich, auch bei der nachfolgenden Aufbringung von zusätzlichen Beschichtungslagen die Plasmavorbehandlung fortzusetzen, sodass auch eventuell sich bildende Oxidschichten am Beschichtungsstoff unmittelbar vor dem Aufbringen der nächsten Lage wieder entfernt werden können. Damit wird nicht nur die Haftung auf dem Bauteil 1 verbessert, sondern auch der Verbund innerhalb der Beschichtung wird verbessert.If a coating is applied in which coating materials are applied in several layers, the plasma pretreatment can be dispensed with during the deposition of the further layers of the coating. However, it is also possible to continue the plasma pretreatment even in the subsequent application of additional coating layers so that any oxide layers that may form on the coating material can be removed again immediately before the application of the next layer. This will not only affect the adhesion on the component 1 improves, but also the composite within the coating is improved.

Somit kann nicht nur die Adhäsion der Beschichtung, sondern auch die Kohäsion innerhalb der Beschichtung gesteigert werden.Thus, not only the adhesion of the coating but also the cohesion within the coating can be increased.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand des Ausführungsbeispiels detailliert beschrieben worden ist, ist es für einen Fachmann selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern dass vielmehr Abwandlungen in der Weise möglich sind, dass verschiedene Merkmale anders kombiniert oder einzelne Merkmale weggelassen werden, ohne dass der Schutzbereich der beigefügten Ansprüche verlassen wird. Insbesondere umfasst die Offenbarung der vorliegenden Erfindung sämtliche Kombinationen der vorgestellten Einzelmerkmale.Although the present invention has been described in detail with reference to the embodiment, it will be understood by one skilled in the art that the invention is not limited to this embodiment, but rather modifications are possible in the manner that different features are combined differently or individual features omitted without that the scope of protection of the appended claims is abandoned. In particular, the disclosure of the present invention includes all combinations of the featured individual features.

Claims

Method for coating a component ( 1 ), in particular a component of a gas turbine or an aircraft engine, in which the coating is applied by cold gas spraying on the component, characterized in that prior to the deposition of the coating, the surface to be coated of the component is pretreated with cold plasma.

A method according to claim 1, characterized in that the plasma treatment takes place immediately before the deposition of the coating, in particular within a period of less than 1 min, preferably less than 5 s, in particular less than 1 s.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that the plasma treatment takes place locally limited in a partial region of the surface to be coated and the plasma is scanned over the surface to be coated.

A method according to claim 3, characterized in that a spray jet during cold gas spraying directly follows the plasma treating the surface.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the temperature of the plasma below 200 ° C, in particular below 100 ° C, preferably below 50 ° C is selected.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that for generating the cold plasma, a hydrogen-argon mixture is used.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the already deposited coating is also treated with cold plasma, in particular before the deposition of further layers of the coating.

Cold gas spraying device for coating components, in particular according to the method according to one of the preceding claims, with a nozzle device through which a spray jet is directed onto the component to be coated, characterized in that the cold gas spraying device comprises a plasma source for cold plasma.

Cold gas spraying device according to claim 8, characterized in that the plasma source comprises a plasma exit, which is coupled to the nozzle device, so that the plasma outlet is arranged in a fixed position to the nozzle device and / or is movable with the nozzle device.

Cold gas spraying device according to claim 8 or 9, characterized in that the plasma source for the cold plasma comprises a microwave generator and a gas container in which gas can be excited at pressure below atmospheric pressure by the microwave generator to produce a cold plasma.