DE102019211709A1 - Verfahren und Anordnung zum Herstellen eines Bauteils mittels heißisostatischem Pressen - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils mittels heißisostatischem Pressen, umfassend die Schritte: Beschichten einer Oberfläche (7) eines Werkstücks (2) mit mindestens einem ersten Reaktanten und einem zweiten Reaktanten, Bilden eines Behälters (8) für das heißisostatische Pressen auf der Oberfläche (7) des Werkstücks (2) durch eine Festkörperdiffusionsreaktion zwischen dem ersten Reaktanten und dem zweiten Reaktanten, wobei der durch die Festkörperdiffusionsreaktion des ersten Reaktanten und des zweiten Reaktanten gebildete Behälter (8) eine Schmelztemperatur aufweist, die höher ist als die Temperatur während des heißisostatischen Pressens, und heißisostatisch Pressen des Werkstücks (2).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils unter Anwendung von heißisostatischem Pressen sowie eine Anordnung zur Herstellung eines solchen Bauteils.
  • Aus dem Stand der Technik sind Verfahren zur Herstellung von Bauteilen unter Anwendung von heiß isostatischem Pressen (HIP) bekannt. So beschreibt DE 10 2016 206 105 A1 die Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks durch HIP. In dem Verfahren wird in Vorbereitung des HIP-Verfahrens durch einen pulvermetallurgischen Prozess und anschließende Bestrahlung mit energiereicher Strahlung ein Behälter, eine sogenannte Kapsel oder Wandung gebildet. Diese pulvermetallurgischen Prozesse sind jedoch sehr aufwendig und kostenintensiv. Zudem lassen sich hierdurch Bauteile mit komplizierter Formgebung schlecht herstellen. Auch sind weitere Verfahren zur Herstellung von Behältern für heißisostatisches Pressen bekannt, wie z.B.: Laserauftragsschweißen einer Materialschicht, wie zum Beispiel einer Stahlschicht, auf das Werkstück. Dieses Verfahren ist jedoch sehr aufwendig, relativ teuer und für Materialkombinationen mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten nicht geeignet.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mittels heißisostatischem Pressen anzugeben, das einfach anwendbar und kostengünstig ausführbar ist und die Herstellung von komplexen Bauteilen mit komplizierten Strukturen ermöglicht. Darüber hinaus ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Anordnung zur Herstellung eines solchen Bauteils anzugeben.
  • Die Lösung dieser Aufgaben erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Die abhängigen Ansprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zum Inhalt.
  • Somit umfasst das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Bauteils mittels heißisostatischem Pressen einen Schritt des Beschichtens einer Oberfläche eines Werkstücks mit mindestens einem ersten Reaktant und einem zweiten Reaktant. Das Werkstück ist im Einzelnen nicht beschränkt. Das Werkstück wird durch das heißisostatische Pressen in das gewünschte Bauteil umgewandelt.
  • Hierzu bedarf es des Bildens eines als Kapsel oder Wandung dienenden Behälters für das heißisostatische Pressen auf der Oberfläche des Werkstücks. Erfindungsgemäß wird dieser Behälter durch eine Festkörperdiffusionsreaktion zwischen dem ersten Reaktant und dem zweiten Reaktant gebildet. Der Behälter wird somit quasi in situ gebildet, und zwar nicht durch herkömmliches Legieren durch Schmelzen von Metallen oder andere pulvermetallurgische Prozesse, sondern durch Diffusion eines der Reaktanten in den entsprechenden anderen Reaktanten, wobei die Reaktanten beide in fester Phase vorliegen. Bei dieser Festkörperdiffusionsreaktion wird allenfalls eine Temperatur angewendet, die unterhalb der Schmelztemperatur des ersten und des zweiten Reaktanten liegt. Vorzugsweise beträgt die Temperatur etwa 350 °C bis 600 °C. Durch die Festkörperdiffusionsreaktion wird eine Phase gebildet, die sich durch eine hohe Impermeabelität gegenüber Gas, auch bei hohen Prozesstemperaturen, durch eine hohe thermische und mechanische Beständigkeit und dennoch durch eine sehr einfache Konstitution auszeichnet. Hierbei weist der durch die Festkörperdiffusionsreaktion des ersten Reaktanten und des zweiten Reaktanten gebildete Behälter eine Schmelztemperatur auf, die höher ist als die Temperatur während des heißisostatischen Pressens. Hierbei kann vorteilhafterweise eine Temperatur für das heißisostatisch Pressen in einem Bereich von ca. 950 bis 1150 °C liegen und ein Druck von mindestens etwa 1000 bar bis über 200 bar angewandt werden. Die Temperatur während des heißisostatisch Pressens liegt dabei immer unterhalb der Schmelztemperatur der Materialien des herzustellenden Werkstücks.
  • Im Anschluss an das Bilden des Behälters erfolgt das heißisostatische Pressen des Werkstücks. Das heißisostatische Pressen wird unter Anwendung üblicher Parameter ausgeführt. Die hohe Schmelztemperatur des Behälters verhindert ein Schmelzen des Behälters während des Ausführens des heißisostatischen Pressens, so dass das Bauteil mit hoher Präzision und ohne Defekte gebildet werden kann.
  • Das Verfahren ist einfach ohne hohen technischen Aufwand umsetzbar und zudem kostengünstig.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung werden der erste Reaktant und der zweite Reaktant in Form von separaten Schichten auf die Oberfläche des Werkstücks aufgetragen. Dies kann bedeuten, dass zunächst der erste Reaktant auf die Oberfläche des Werkstücks aufgetragen wird und der zweite Reaktant auf die Schicht des ersten Reaktant aufgetragen wird. Ebenfalls ist es möglich, dass zuerst der zweite Reaktant auf die Oberfläche des Werkstücks aufgetragen wird und im Anschluss daran der erste Reaktant auf die Schicht des zweiten Reaktant aufgetragen wird. Dies würde jeweils einer vollständigen Überlappung der Schichten des ersten Reaktanten und des zweiten Reaktanten entsprechend. Es ist jedoch auch möglich, dass nur eine teilweise Überlappung durch das Auftragen der jeweiligen Schichten erzielt wird. Eine vollständige Überlappung ist jedoch aufgrund der zu erwartenden geringeren Diffusionszeit der Festkörperdiffusionsreaktion von Vorteil. Zudem können auch mehrere Schichten an erstem Reaktant und zweitem Reaktant jeweils abwechselnd übereinander aufgetragen werden. Dies kann vorteilhaft für die Verbesserung der mechanischen Stabilität des Behälters sein. Die jeweilige Schichtdicke der Schicht des ersten Reaktanten und der Schicht des zweiten Reaktanten liegt dabei insbesondere in einem Bereich von wenigen Nanometern bis zu 100 µm. Eine Untergrenze liegt vorteilhaft bei 5 µm.
  • Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass der erste Reaktant und der zweite Reaktant als Mischung aufgetragen werden. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass zunächst eine Mischung des ersten Reaktanten und des zweiten Reaktanten hergestellt wird, die dann auf die Oberfläche des Werkstücks aufgebracht wird. In der Mischung liegen der erste Reaktant und der zweite Reaktant homogen vermengt vor, so dass die Diffusionsreaktion in der Festphase besonders schnell und gleichmäßig erfolgt. Für das Auftragen der Mischung an erstem Reaktant und zweitem Reaktant kommen insbesondere CVD, PVD, chemisches Beschichten, thermisches Spritzen sowie galvanisches Beschichten zur Anwendung.
  • Ferner vorteilhaft im Lichte einer einfachen und kostengünstigen Verfahrensführung ist es, wenn mindestens einer der Reaktanten eine Schmelztemperatur unterhalb von 700 °C aufweist. Für eine Festkörperdiffusionsreaktion liegt die Aktivierungstemperatur bei etwa 80% der Schmelztemperatur eines der Reaktanten. Somit kann, sofern ein Reaktant eine Schmelztemperatur von unterhalb 700 °C aufweist, die Festkörperdiffusionsreaktion schneller und bei niedrigerer Temperatur durchgeführt werden.
  • Die Diffusion in Festkörpern ist geprägt durch die mikroskopische Relativbewegung der Teilchen, dem Wandern von einzelnen Kristallbausteinen, die bei zwei- oder mehrphasigen Systemen als Fremddiffusion bezeichnet wird. Die dafür notwendige thermische Aktivierung ist über das Arrhenius-Gesetz definiert, so dass geeignete Reaktanten einfach ausgewählt werden können. Aufgrund der sehr guten Verfügbarkeit und hohen Diffusionsbereitschaft, ist der erste Reaktant insbesondere ein Element aus der zweiten oder dritten Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente. Besonders geeignete Elemente sind hierunter Magnesium und Aluminium.
  • Behälter mit hoher Gasdichtheit und sehr guter mechanischer und thermischer Stabilität lassen sich vorteilhaft dann bilden, wenn der zweite Reaktant ein Übergangsmetall ist. Besonders geeignete Übergansmetalle sind Kupfer, Eisen und Nickel.
  • Ein besonders stabiler und kostengünstiger Behälter mit hoher Gasdichtheit und geringer Toxizität lässt sich herstellen, wenn der erste Reaktant Aluminium und der zweite Reaktant Eisen ist.
  • Aus vorstehend genannten Gründen wird ein alternativer Behälter vorteilhafterweise aus Kupfer als erstem Reaktant und Nickel als zweitem Reaktant gebildet.
  • Um eine möglichst gleichmäßige und schnelle Bildung des Behälters mit guter Schichtdicke, und damit hoher Gasimpermeabilität zu fördern, ist ein während des Bildens des Behälters angewandter erster Druck geringer als ein während des heißisostatischen Pressens angewandter zweiter Druck. Somit kann die Festkörperdiffusion ungehindert und vollständig ablaufen. Um dies zu fördern, wird zudem der erste Druck zur Ausführung der Festkörperdiffusionsreaktion konstant gehalten. Die Festkörperdiffusionsreaktion wird insbesondere in einem Zeitraum von bis zu 3 stunden ausgeführt. Dies bedeutet, dass der erste Druck, der unterhalb von 1000 bar liegt, vorzugsweise für eine Zeitspanne von bis zu etwa 3 Stunden konstant gehalten wird. Hierbei kann ein Druck von 10 bar bereits ausreichend sein und ggf. beliebig bis zu einem ersten Druck, der unterhalb des während des heißisostatischen Pressens angewandten zweiten Druckes gesteigert werden.
  • Zur Bildung von besonders stabilen Bauteilen mit sehr guten mechanischen und funktionalen Eigenschaften ist es vorteilhaft, wenn das Werkstück aus Materialien mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten besteht.
  • Die Kosten des Verfahrens können weiter vorteilhaft dadurch reduziert werden, dass mindestens ein Teil des Werkstücks additiv gefertigt wird. Hierdurch kann Ausschuss an Material für das Werkstück eingespart werden. Unter einer additiven Fertigung des Werkstücks wird eine solche Fertigung verstanden, die durch das gezielte Aufbauen von Strukturen des Werkstücks gekennzeichnet ist.
  • Aufgrund der sehr guten Möglichkeit Bauteile mit komplexen und auch komplizierten Formen bzw. Strukturen herzustellen, wird vorteilhafterweise mindestens ein Teil des Werkstücks durch thermisches Spritzen gefertigt. Thermisches Spritzen ist hierbei ein Beispiel für ein additives Fertigungsverfahren.
  • Ebenfalls erfindungsgemäß wird auch eine Anordnung zur Herstellung eines Bauteils mittels heißisostatischem Pressen beschrieben. Diese Anordnung umfasst ein Werkstück und einen auf einer Oberfläche des Werkstücks angeordneten bzw. ausgebildeten Behälter. Die Anordnung kann durch heißisostatisches Pressen in das gewünschte Bauteil umgewandelt werden. Erfindungsgemäß ist der Behälter durch eine Festkörperdiffusionsreaktion zwischen dem ersten und dem zweiten Reaktant gebildet, wobei der durch die Festkörperdiffusionsreaktion des ersten Reaktanten und des zweiten Reaktanten gebildete Behälter eine Schmelztemperatur aufweist, die höher ist als die während des heißisostatischen Pressens anzuwendende Temperatur.
  • Der auf der Oberfläche des Werkstücks gebildete Behälter umfasst mindestens einen ersten Reaktant und einen zweiten Reaktant, die miteinander eine Festkörperdiffusionsreaktion eingegangen sind. Dies bedeutet, dass der in fester Phase vorliegende erste Reaktant und der in fester Phase vorliegende zweite Reaktant durch Diffusion eine Phase gebildet haben, die sich durch eine hohe Gasimpermeabilität sowie durch eine hohe mechanische und thermische Stabilität auszeichnet, so dass der Behälter zur Ausbildung von Bauteilen mit hoher Komplexität ohne Defekte und Fehlstellen geeignet ist.
  • Die erfindungsgemäße Anordnung zeichnet sich bei hoher Funktionalität durch eine einfache und kostengünstige Struktur aus.
  • Die für das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Bauteils dargelegten Vorteile, vorteilhaften Effekte und Weiterbildungen finden auch Anwendung auf die erfindungsgemäße Anordnung. Zudem ist die vorstehend erfindungsgemäß beschriebene Anordnung geeignet in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet zu werden.
  • Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigt:
    • 1 eine schematische Darstellung von Verfahrensschritten eines Verfahrens zur Herstellung eines Bauteils gemäß einer ersten Ausführungsform,
    • 2 eine Schnittansicht einer Schichtanordnung zur Herstellung eines Bauteils,
    • 3 eine Schnittansicht einer Anordnung zur Herstellung eines Bauteils gemäß einer zweiten Ausführungsform und
    • 4 eine lichtmikroskopische Aufnahme eines Bauteils aus Beispiel 1 aus 3.
  • In den Figuren sind nur die wesentlichen Aspekte der Erfindung dargestellt. Alle übrigen Aspekte sind der Übersichtlichkeit halber weggelassen. Ferner beziffern gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente/Bauteile.
  • 1 ist eine schematische Darstellung von Verfahrensschritten eines Verfahrens zur Herstellung eines Bauteils gemäß einer ersten Ausführungsform.
  • In Verfahrensschritt 100 erfolgt ein Beschichten einer Oberfläche eines Werkstücks mit mindestens einem ersten Reaktant und einem zweiten Reaktant. Der erste Reaktant und der zweite Reaktant werden vorzugsweise abwechselnd in Schichten übereinander aufgetragen. Hierbei sind jeweils eine oder mehrere Schichten pro Reaktant möglich. Die Schichten an erstem und zweitem Reaktant können beispielsweise mittels CVD, PVD, chemischem Beschichten, thermischem Spritzen sowie galvanischem Beschichten appliziert werden.
  • In Verfahrensschritt 200 erfolgt das Bilden eines Behälters für das heißisostatische Pressen des Werkstücks unter Ausbildung des Bauteils. Der Behälter wird durch eine Festkörperdiffusionsreaktion zwischen dem ersten Reaktant und dem zweiten Reaktant auf der Oberfläche des Werkstücks gebildet. Es erfolgt somit kein Aufschmelzen der Reaktanten zur Ausbildung einer Legierung. Die Reaktanten werden dabei so ausgewählt, dass der durch die Festkörperdiffusionsreaktion des ersten Reaktanten und des zweiten Reaktanten gebildete Behälter eine Schmelztemperatur aufweist, die höher ist als die Temperatur während des heißisostatischen Pressens. Somit wird ein Aufschmelzen der durch die Festkörperdiffusionsreaktion gebildeten Behälters während des heißisostatischen Pressens verhindert.
  • Der auf diese Weise gebildete Behälter zeichnet sich durch eine sehr gut thermische und mechanische Stabilität aus, was die Verfahrensführung während des heißisostatischen Pressens vereinfacht.
  • In Verfahrensschritt 300 erfolgt sodann das heißisostatische Pressen des Werkstücks unter Ausbildung des Bauteils. Das Bauteil kann dabei insbesondere eine komplizierte dreidimensionale Struktur aufweisen und aus Materialien mit unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten gebildet sein.
  • Das Verfahren ist kostensparend und einfach ohne hohen technischen Aufwand umsetzbar.
  • 2 zeigt eine Schichtanordnung 1 zur Herstellung eines Bauteils mittels heißisostatischem Pressen im Schnitt. Im Detail gezeigt ist ein Werkstück 2, auf das eine erste Schicht 3 eines zweiten Reaktanten aufgebracht ist. Auf die erste Schicht 3 des zweiten Reaktanten ist eine zweite Schicht 4 eines ersten Reaktanten aufgebracht und auf diese zweite Schicht 4 des ersten Reaktanten ist eine dritte Schicht 5 des zweiten Reaktanten aufgebracht. Der erste Reaktant ist beispielsweise Aluminium und der zweite Reaktant ist beispielsweise Eisen. Alternativ dazu kann der erste Reaktant zum Beispiel auch Kupfer und der zweite Reaktant Nickel sein.
  • Durch eine Festkörperdiffusionsreaktion zwischen den jeweiligen Schichten 3, 4 und 5 des ersten Reaktanten und des zweiten Reaktanten wird der Behälter 8 direkt auf der Oberfläche 7 des Werkstücks 2 gebildet und der gebildete Behälter 8 weist eine Schmelztemperatur auf, die höher ist als die Temperatur während des auszuführenden heißisostatischen Pressens. Während der Festkörperdiffusionsreaktion wird keine flüssige Phase der Reaktanten gebildet. Vielmehr diffundieren Kristallite aus der zweiten Schicht 4 des ersten Reaktanten in die erste und dritte Schicht 3, 5 des zweiten Reaktanten. Dies ist durch die beiden Pfeile angedeutet. Es bilden sich somit jeweils Mischphasen des ersten Reaktanten und des zweiten Reaktanten. Vorzugsweise findet eine vollständige Reaktion des ersten Reaktanten aus der zweiten Schicht 4 in die erste und dritte Schicht 3 und 5 des zweiten Reaktanten statt. Somit wird der entstehende Behälter 8 eine homogene Struktur, bestehend aus einer einzigen Mischphase des ersten Reaktanten und des zweiten Reaktanten, aufweisen. Es kann jedoch auch an der Oberfläche 6 der dritten Schicht 5 des zweiten Reaktanten und an der Oberfläche 7 des Werkstücks 2 eine dünne Schicht an reinem zweitem Reaktant zurückbleiben, was die Stabilität des Behälters 8 nicht wesentlich beeinträchtigt. Der Behälter 8 weist insbesondere eine Schichtdicke von bis zu 150 µm auf, so dass eine sehr gute Gasimpermeabilität, hohe thermische Stabilität und auch eine sehr gute mechanische Stabilität des Behälters 8 erhalten werden.
  • 3 zeigt eine Anordnung 10 zur Herstellung eines Bauteils gemäß einer zweiten Ausführungsform im Schnitt.
  • Die Anordnung 10 umfasst ein Werkstück 2 und einen auf einer Oberfläche 7 des Werkstücks 2 angeordneten Behälter 8. Der Behälter 8 umfasst mindestens einen ersten Reaktant und einen zweiten Reaktant, wobei der Behälter 8 durch eine Festkörperdiffusionsreaktion zwischen dem ersten und dem zweiten Reaktant gebildet ist und somit in Form einer einzigen homogenen Phase vorliegt. Der durch die Festkörperdiffusionsreaktion des ersten Reaktanten und des zweiten Reaktanten gebildete Behälter 8 hat eine Schmelztemperatur, die höher ist als die während des heißisostatischen Pressens anzuwendende Temperatur. Durch den ausgebildeten Behälter 8, der die Oberfläche 7 des Werkstücks 2 allseitig umgibt, wird eine gasimpermeable Kapsel mit hoher thermischer und mechanischer Beständigkeit gebildet, die das Werkstück 2 bei Anwendung von Druck und Temperatur, wie sie während des heißisostatischen Pressens angewendet werden, schützt.
  • Im Folgenden werden zwei Beispiele angegeben, die die Herstellung eines Bauteils mittels heißisostatischem Pressen durch Anwendung einer erfindungsgemäßen Anordnung veranschaulichen.
  • Beispiel I:
  • Ein Werkstück 2 aus einer Kupferlegierung (2a) mit einer kaltgasgespritzten Funktionsschicht aus Warmarbeitsstahl (2b) wurde galvanisch jeweils abwechselnd mit Nickel (zweiter Reaktant), Kupfer (erster Reaktant) und wieder Nickel (zweiter Reaktant) mit einer Schichtdicke von mindestens 50 µm pro Schicht beschichtet.
  • Aus dem binären Phasendiagramm von Kupfer und Nickel ist bekannt, dass sich Kupfer und Nickel unendlich miteinander mischen. Dadurch kam es zur Bildung eines Behälters 8 aus einer festen Lösung über die gesamte Phasenbreite. Die Temperatur während der Herstellung des Behälters 8 lag dabei unterhalb der Soliduslinie. Das Werkstück 2 wurde anschließend bei 1060°C und einem Druck von 1000 bar für 5 h heißisostatisch gepresst.
  • Die Wärmebehandlung kann auch stufenweise mit verschiedenen Temperaturen erfolgen. Entscheidend ist, dass weder der Schmelzpunkt der Kupferlegierung noch die Soliduslinie des binären Systems überschritten wird. In diesem Beispiel konnte die Stahlschicht erfolgreich gehärtet werden.
  • 4 zeigt eine lichtmikroskopische Aufnahme des gebildeten Bauteils aus o.g. Beispiel nach dem heißisostatischen Pressen. Deutlich ist die den Behälter 8 bildende feste Lösung aus erstem Reaktant und zweitem Reaktant zu erkennen, die sich über die gesamte Phasenbreite erstreckt. Als oberste Schicht 9 erkennt man noch einen Rest der Nickelschicht (zweiter Reaktant), die als mechanischer Schutz diente. Ferner ist auch noch eine weitere Restschicht an Nickel 11 (zweiter Reaktant) auf der Bauteiloberfläche zu erkennen Man erkennt zudem deutlich, dass der Behälter 8 impermeable gegenüber Gas war, da die Kupferlegierung und der Warmarbeitsstahl des Werkstücks 2 erfolgreich miteinander verbunden wurden.
  • Beispiel II:
  • Statt wie in Beispiel I einen Behälter aus einer festen Lösung zu bilden, wurde hier das binäre System Eisen (zweiter Reaktant) und Aluminium (erster Reaktant) angewendet, in dem es zur Ausbildung definierter intermetallischer Phasen kam. Um den Prozess erfolgreich durchzuführen, wurden die einzelnen Heiz- und Druckschritte wie folgt eingehalten:
    • Als erstes wurde wieder ein Werkstück 2 abwechselnd mit Eisen (zweiter Reaktant),
    • Aluminium (erster Reaktant) und dann wieder mit Eisen (zweiter Reaktant) mit einer Schichtdicke von jeweils mindestens 50 µm beschichtet.
  • Das so beschichtete Werkstück 2 wurde ohne Druck auf 640°C aufgeheizt und für 3 h bei dieser Temperatur gehalten. Hierbei kam es zur Ausbildung eines Behälters 8, der aus den intermetallischen Phasen FeAl2 und Fe2Al5 bestand. Die beiden Phasen hatten einen Schmelzpunkt von 1160 bzw. 1169°C. Anschließend wurde die Anordnung bei 1060°C und einem Druck von 1000 bar für 5 h heißisostatisch gepresst.
  • Letzteres Beispiel ermöglichte die Herstellung eines Bauteils mittels heißisostatischem Pressen bei niedrigeren Temperaturen als im erste Beispiel, da die Bildung des Behälters 8 (Phasenbildung) bei niedrigeren Temperaturen (geringere Aktivierungsenergie nötig) stattfand. Damit ist der hier gebildete Behälter 8 auch für Leichtmetalllegierungen denkbar.
  • Neben der vorstehenden schriftlichen Beschreibung der Erfindung wird zu deren ergänzender Offenbarung hiermit explizit auf die zeichnerische Darstellung der Erfindung in den 1 bis 4 Bezug genommen.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Schichtanordnung zur Herstellung eines Bauteils mittels heißisostatischem Pressen
    2
    Werkstück
    2a
    Kupferlegierung
    2b
    kaltgasgespritzten Funktionsschicht aus Warmarbeitsstahl
    3
    erste Schicht eines zweiten Reaktanten
    4
    zweite Schicht eines ersten Reaktanten
    5
    dritte Schicht eines zweiten Reaktanten
    6
    Oberfläche der dritten Schicht eines zweiten Reaktanten
    7
    Oberfläche des Werkstücks
    8
    Behälter
    9
    oberste Schicht
    10
    Anordnung zur Herstellung eines Bauteils mittels heißisostatischem Pressen
    11
    Restschicht an Nickel
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102016206105 A1 [0002]

Claims (13)

  1. Verfahren zum Herstellen eines Bauteils mittels heißisostatischem Pressen, umfassend die Schritte: • Beschichten einer Oberfläche (7) eines Werkstücks (2) mit mindestens einem ersten Reaktant und einem zweiten Reaktant, • Bilden eines Behälters (8) für das heißisostatische Pressen auf der Oberfläche (7) des Werkstücks (2) durch eine Festkörperdiffusionsreaktion zwischen dem ersten Reaktant und dem zweiten Reaktant, wobei der durch die Festkörperdiffusionsreaktion des ersten Reaktanten und des zweiten Reaktanten gebildete Behälter (8) eine Schmelztemperatur aufweist, die höher ist als die Temperatur während des heißisostatischen Pressens und • heißisostatisch Pressen des Werkstücks (2).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Reaktant und der zweite Reaktant in Form von separaten Schichten (3, 4, 5) aufgetragen werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Reaktant und der zweite Reaktant als Mischung aufgetragen werden.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens einer der Reaktanten eine Schmelztemperatur unterhalb von 700 °C aufweist.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Reaktant ein Element aus der zweiten oder dritten Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente ist.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Reaktant ein Übergangsmetall ist.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Reaktant Aluminium und der zweite Reaktant Eisen ist.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der erste Reaktant Kupfer und der zweite Reaktant Nickel ist.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein während des Bildens des Behälters (8) angewandter erster Druck geringer ist als ein während des heißisostatischen Pressens angewandter zweiter Druck und wobei der erste Druck zur Ausführung der Festkörperdiffusionsreaktion konstant gehalten wird.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Werkstück (2) aus Materialien mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten besteht.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens ein Teil des Werkstücks (2) additiv gefertigt wird.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens ein Teil des Werkstücks (2) durch thermisches Spritzen gefertigt wird.
  13. Anordnung (10) zur Herstellung eines Bauteils mittels heißisostatischem Pressen umfassend: • ein Werkstück (2), • einen auf einer Oberfläche (7) des Werkstücks (2) angeordneten Behälter (8) umfassend mindestens einen ersten Reaktant und einen zweiten Reaktant, - wobei der Behälter (8) durch eine Festkörperdiffusionsreaktion zwischen dem ersten und dem zweiten Reaktant gebildet ist und - wobei der durch die Festkörperdiffusionsreaktion des ersten Reaktanten und des zweiten Reaktanten gebildete Behälter (8) eine Schmelztemperatur aufweist, die höher ist als die während des heißisostatischen Pressens anzuwendende Temperatur.
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