DE10314015A1 - Verbundwerkstoff und Verfahren zum Beschichten von Substraten mit einem Spritzgut, enthaltend Kunststoff - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten von Substraten mit einem Spritzgut, enthaltend Kunststoff, wobei der Kunststoff mittels thermischer Spritzverfahren derart aufgebracht wird, dass der Kunststoff u. a. in den kälteren Spritzbereich eingeleitet wird. Dabei wird der Kunststoff mit Metall und/oder Keramik ummantelt. Das erfindungsgemäße Verfahren gewährleistet eine produktionssichere und kostengünstige Beschichtung von Substraten mit einem Spritzgut, enthaltend Kunststoff.

Description

• Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Werkstoffverarbeitung. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten von Substraten mit einem Spritzgut, enthaltend Kunststoff, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 und einen Verbundwerkstoff nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 6.
• Beim Beschichten von Substraten mit dem Lichtbogendrahtspritzverfahren werden Draht- oder Fülldraht-Spritzzusätze in einem elektrischen Lichtbogen geschmolzen und durch ein Zerstäubergas auf die Oberfläche des Substrates geschleudert. Der Lichtbogen wird zwischen zwei Drahtenden erzeugt, indem die elektrisch leitenden Drähte mit einer Spannungsquelle verbunden werden und zum Zünden des Lichtbogens in Kontakt gebracht werden. Als Zerstäubergas können Druckluft oder andere Gase oder Gasgemische auf den Lichtbogen gerichtet werden, so dass sich ein Spritzstrahl ausbildet, der auf die Oberfläche des Substrates gerichtet ist. Eine Drahtvorschubeinrichtung sorgt für den Nachschub von Drahtmaterial aus einem Drahtmagazin.
• Metallische oder keramische Pulver, die mittels thermischen Spritzverfahren aufgetragen werden, haben in der Regel hohe Schmelzpunkte (z.B. für metallische Fe-Pulver > 1100°C und für keramische Pulver > 1600°C). Dementsprechend müssen diese Werkstoffe mittels Hochtemperaturspritzverfahren, wie z.B. ü ber herkömmliche Plasmaspritzverfahren oder über Acetylengas-Spritzverfahren ausreichend hoch erwärmt werden, um einen Schmelzvorgang dieser Hochtemperaturwerkstoffe einzuleiten. Demgegenüber weisen thermisch spritzbare Kunststoffpulver i.d.R. einen niedrigeren Schmelzpunkt (in einem Bereich von ca. 80°C bis ca. 260°C) auf. Deshalb werden solche Kunststoffpulver mit herkömmlichen Niedrigtemperaturgasstrahlen gespritzt, wie z.B. Wasserstoff- oder Erdgas, um deren Überhitzung und Oxidation zu vermeiden. Zum Auftragen einer Überzugschicht, enthaltend metallische und Kunststoffkomponenten, wird üblicherweise ein Zwei-Schritt-Verfahren benutzt. In dem ersten Schritt wird das Metall thermisch auf das Substrat gespritzt und anschießend erfolgt in einem zweiten Schritt die Beschichtung des Substrats mit Kunststoff. Demzufolge ist dieses Zwei-Schritt-Verfahren aufwendig und kostspielig.
• Aus der Druckschrift DE 41 29 120 A1 ist ein Verfahren zum Beschichten von Substraten mit hochtemperaturbeständigen Kunststoffen bekannt, bei dem der hochtemperaturbeständige Kunststoff mittels einem atmosphärischen, einem Vakuum- oder einem Inertgasplasmaspritzverfahren oder einem Hochgeschwindigkeitsflammspritzen jeweils mit hoher Strahlgeschwindigkeit aufgebracht wird. Dabei wird der Kunststoff in den kälteren Strahlbereich, d.h. bei Temperaturen von weniger als 3000°C, außerhalb der Düse oder des Brenners eingeleitet. Das Plasmaspritzen ist ein komplexes Spritzverfahren mit einem teuren Anlagenkonzept, bei dem jedoch nur geringe Auftragsraten im Vergleich zu Lichtbogendrahtspritzverfahren erzielt werden.
• Gegenstand der Druckschrift EP 0 808 380 B1 ist ein Zusatzwerkstoff zum Aufbringen einer Beschichtung auf einer Substratoberfläche durch ein Plasmaspritzverfahren. Der Zusatzwerkstoff besteht aus Partikeln, welche über einen Kunststoffkern verfügen, der einmal oder zweimal mit teilchenförmigen Beschichtungsmaterialien beschichtet wurde. Dabei stammt das teilchenförmige Beschichtungsmaterial aus der Gruppe der keramischen und/oder metallischen Materialien mit einem höheren Schmelzpunkt als dem des Kunststoffkerns. Das erste Beschichtungsmaterial haftet an dem zweiten Beschichtungsmaterial mittels eines organischen Bindemittels. Das Beschichten der Kunststoffpartikeln mit einem keramischen und/oder metallischen Material umfasst mehrere Schritte, wie z.B. Vermischen der Kunststoffpartikeln mit ausreichender Menge von einem Hochtemperaturwerkstoff, mit dem die Partikeln überzogen werden; Erwärmen der Partikeln auf der Erweichungstemperatur des Kunststoffs; solange Halten auf dieser Temperatur, bis der Hochtemperaturwerkstoff an dem Kunststoff haftet. Diese Schritte müssen unmittelbar vor Beginn des thermischen Spritzprozesses nacheinander durchlaufen werden. Bei einer wiederholten Beschichtung eines Kunststoffpartikels mit dem gleichen oder mit einem anderen Beschichtungsmaterial müssen nochmals mehrere nacheinander folgende Schritte durchlaufen werden. Dieses aufwendige und teure Verfahren zur Herstellung eines partikelförmigen Zusatzwerkstoffes für thermisches Spritzen wird vorwiegend in der Papierindustrie zum Beschichten von Substraten angewendet.
• Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Beschichten von Substraten mit einem Spritzgut, enthaltend Kunststoff, und einen Verbundwerkstoff zu entwickeln, die eine produktionssichere und kostengünstige Möglichkeit schaffen, auf Substrate schichten aufzubringen, die eine Metall und/oder Keramik-Matrix aufweisen, in die Kunststoffanteile eingelagert sind.
• Die erfindungsgemäße Lösung ist gegeben durch ein Verfahren zum Beschichten von Substraten mit einem Spritzgut, enthaltend Kunststoff, wobei der Kunststoff mittels thermischer Spritzverfahren derart aufgebracht wird, dass der Kunststoff als Verbundwerkstoff in Stab-, Draht- und Schnurform, mit Metall und/oder Keramik ummantelt, in den kälteren Spritzbereich zugeführt wird.
• Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich der Stab-, draht, oder schnurförmige Kunststoff, ummantelt mit Metall und/oder Keramik, unkompliziert auf Substrate aufspritzen. Die Ummantelung des Kunststoffs mit Metall und/oder Keramik hat den Vorteil, dass eine mögliche Überhitzung des gespritzten Kunststoffes während des Beschichtungsprozesses weitestgehend vermieden wird und dadurch das Spritzen der Kunststoffen bei hohen Temperaturen ermöglicht wird. Dabei erleichtert die Stab-, Draht- oder Schnurform die Zufuhr des Verbundwerkstoffes im Vergleich zu einer Pulverform.
• Eine werkstoffgerechte Auswahl (Kunststoff, Metall und/oder Keramik) in dem erfindungsgemäßen Verfahren erlaubt das Auftragen von hochschmelzenden metallischen und/oder keramischen Werkstoffen mit niedrigschmelzenden hochtemperaturbeständigen Kunststoffen ohne, dass eine nachträgliche Bearbeitung der beschichteten Oberfläche des Substrats erforderlich ist.
• In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Spritzgut auf das Substrat in einem Lichtbogendrahtspritzverfahren aufgebracht.
• Durch den Lichtbogen werden z.B. die Drahtmantelbestandteile aus Metall aufgeschmolzen, ohne dabei die Kunststofffüllung vollständig aufzuschmelzen. Die Wärmeenergie des geschmolzenen Drahtmantelmetalls überträgt sich nur teilweise auf die Kunststofffüllung. Einerseits bildet sich eine Dampfschicht zwischen Kunststoff und Metall aus, welche den Energieübertrag beschränkt. Andererseits besitzt der Kunststoff grundsätzlich eine schlechtere Wärmeleitfähigkeit, so dass der Wärmeübertrag auf die inneren Teile der Füllung prinzipiell gering ist. Ferner bildet sich der Lichtbogen nicht über die Kunststofffüllung aus, da diese elektrischen Strom nicht leiten können und dort somit keine Elektronenaustrittsarbeit geleistet werden kann. Der Kunststoff wird also bei Eintritt in die heiße Temperaturzone lediglich an der Oberfläche angeschmolzen.
• Lichtbogendrahtspritzen weist im Gegensatz zu Plasma- oder Flammspritzen einen höheren Materialfluss und deshalb eine bessere Auftragsleistung an Beschichtungsmaterial auf und infolgedessen auch eine höhere Prozessgeschwindigkeit. Damit erhöht sich im Vergleich zu den herkömmlichen thermischen Spritzverfahren die Produktivität der Spritzanlage. Ein weiterer Vorteil gegenüber den herkömmlichen Spritzverfahren wie z.B. Plasmaspritzen sind die verbesserten mechanischen Eigenschaften der mittels dem erfindungsgemäßen Verfahrens abgeschiedenen Schichten.
• Das Auftragen des Kunststoffes in einem Lichtbogendrahtspritzverfahren ermöglicht die Realisierung eines einfacheren Anlagenkonzeptes und damit eine Kostensenkung bei der Beschichtung von Substraten gegenüber herkömmlichen Plasmaspritzanlagen.
• In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird das Spritzgut in Spritzrichtung nach dem Lichtbogen injiziert.
• Beim Beschichten von Substraten nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der ummantelte stab-, draht- oder schnurförmige Kunststoff, in Spritzrichtung nach dem Lichtbogen injiziert. Durch die Bildung einer Dampfhülle auf dem angeschmolzenen Kunststoff wird eine Überhitzung vermieden. Dabei wird der ummantelte Kunststoff stromabwärts nach dem Lichtbogen, innerhalb oder außerhalb des Brenners im stromabwärtigen kälteren Strahlbereich mit Temperaturen von weniger als 3000°C mittels eines Injektors zugeführt. Hierbei wird die Entfernung des Injektors zum Brenner in Abhängigkeit von der Temperatur der austretenden Flamme bzw. des austretenden Strahls derart gewählt, dass keine Materialschädigung des Kunststoffes resultiert. Dabei erfolgt die Ermittlung der geeigneten Entfernung des Injektors vom Brenner experimentell oder rechnerisch, z.B. mittels Simulation. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein breites Strahl- und Temperaturprofil mit abgesenktem Temperaturniveau am Rande des Strahls erzeugt. Dabei wird die thermische Belastung des eingebrachten Kunststoffmaterials mit Entfernung vom Brenner bzw. Lichtbogen verringert.
• In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Spritzgut in Spritzrichtung vor dem Lichtbogen in einem Zerstäubergas injiziert wird.
• Die Zuführung des ummantelten Kunststoffes vor dem Lichtbogen in einem Zerstäubergas innerhalb der Düse des Brennerkopfes ermöglicht eine homogene Verteilung des Kunststoffs vor dem Lichtbogen in dem Transportgas in Form von Partikeln. Dies erlaubt eine bessere Beimengung der Kunststoffpartikeln unter den nach dem Lichtbogen zerstäubten Metall- und ggf. Keramikpartikeln des Spritzwerkstoffes. Hierdurch entstehen sowohl Kunststoffpartikeln, die mit Metall und/oder Keramik ummantelt sind als auch reine Kunststoffpartikeln und metallische und/oder keramische Verbundwerkstoffpartikeln, die sich nach dem Lichtbogen mit den Metall- und ggf. Keramikpartikeln des Spritzwerkstoffes zwischen Düsenaustritt und Substrat vermischen. Zwischen den zwei Drahtenden des Spritzwerkstoffes, die mit einer Spannungsquelle verbunden sind und in Kontakt gebracht werden, bildet sich in der Brennerdüse ein Lichtbogen. Ein Zerstäubergas (Trägergas) fördert den Kunststoff auf den Lichtbogen, so dass sich ein Spritzstrahl ausbildet, der von dem Lichtbogen aufgeheizt wird. Diese Ausgestaltung der Erfindung gewährleistet die Bildung dünner, dichter und glatter Beschichtungen, so dass eine Nachbearbeitung entfallen kann und Kosten eingespart werden.
• Bei dieser Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nichtbrennbare Zerstäubergase, wie z.B. Druckluft, Stickstoff, Argon u.a., verwendet, die eine mögliche Überhitzung und Zersetzung des Kunststoffes während des Beschichtungsprozesses vermeiden und das unkomplizierte Injizieren des Kunststoffs vor dem Lichtbogen ermöglichen. Dies erlaubt eine Brennerkonstruktion, bei der der Verbundwerkstoff innerhalb des Brenners vor dem Lichtbogen im kälteren Bereich injiziert wird. Bei dieser Brennerkonstruktion brennt der Lichtbogen im Bereich des Brenneraustritts oder der Brennerdüse (= Primärdüse). Das Zerstäubergas, das die Funktion eines Transportgases übernimmt, wird im Brenner durch eine Sekundärzerstäubergasdüse zugeführt. Beim Austreten des mit Metall und/oder Keramik ummantelten Kunststoffes aus dem Injektor wird der Verbundwerkstoff vor dem Lichtbogen beschleunigt, in kleine Partikeln zerstäubt, die von dem Transportgas umhüllt werden, auf der Strecke zwischen Eintrittspunkt in die Brennerdüse und Auftreffpunkt auf das Substrat in einen schmelzplastischen Zustand versetzt, dabei im Bereich des Brenneraustritts mit den zerstäubten Partikeln des Spritzwerkstoffes aus Metall und/oder Keramik vermischt und auf die Substratoberfläche gespritzt. Eine im Vergleich zu herkömmlichen Plasmaspritzverfahren höhere Auftragungsrate ist mit dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens verbunden.
• In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird das Spritzgut in Spritzrichtung vor einer Gasflamme in dem Zerstäubergas injiziert.
• Der draht-, stab- oder schnurförmige Kunststoff wird in Spritzrichtung vor einer Gasflamme in das Zerstäubergas zugeführt und zerstäubt. Dabei wird zusätzlich zu dem Zerstäubergas im Brennerkopf mindestens ein Brenngas, wie z.B. Propan zugeführt. Im Brennerkopf reagieren die Brenngase, wobei sich unter erhöhtem Druck ein stehendes Reaktionsgemisch bildet, das in der Brennerdüse entflammt. Dies erlaubt eine Brennerkonstruktion, bei der das Spritzgut innerhalb des Brenners im kälteren Strahlbereich injiziert wird. Bei dieser Brennerkonstruktion brennt die Gasflamme im Bereich des Brenneraustritts der Brennerdüse. Das Zerstäubergas, das die Funktion eines Transportgases übernimmt, wird im Brenner in die waagerecht positionierte Sekundärzerstäubergasdüse zugeführt. Beim Austreten des mit Metall und/oder Keramik ummantelten Kunst stoffes aus dem Injektor wird der Verbundwerkstoff vor dem Lichtbogen beschleunigt, in kleine Partikeln zerstäubt, die von dem Transportgas umhüllt werden, auf der Strecke zwischen Eintrittspunkt in die Brennerdüse und Auftreffpunkt auf das Substrat in einen schmelzplastischen Zustand versetzt, dabei im Bereich des Brenneraustritts mit den zerstäubten Partikeln des Spritzwerkstoffes aus Metall und/oder Keramik vermischt und auf die Substratoberfläche gespritzt. Mit der erfindungsgemäßen Ausführung des Verfahrens werden ebenfalls hochwertige Spritzergebnisse erzielt.
• In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird das Spritzgut in Spritzrichtung nach dem Lichtbogen in der Gasflamme in dem Zerstäubergas injiziert.
• Die Gasflamme wird im engbegrenzten Bereich des Lichtbogens gezündet und breitet sich über einen weiten Bereich bis nach dem Düsenaustritt aus. Dabei verbleiben die Partikeln auch außerhalb des Lichtbogens bei höheren Temperaturen über einen längeren Bereich im schmelzplastischen Zustand. Im Vergleich zu dem Lichtbogendrahtspritzverfahren ohne Gasflamme ist in diesem Fall die Temperatur der aufprallenden Partikeln auf dem Substrat höher. Damit erhöht sich die Haftung der aufprallenden Partikeln untereinander und auf dem Substrat. Zusätzlich wird eine plastische Verformung der aufprallenden Partikeln auf dem Substrat erleichtert, woraus wiederum geringere Porositäten der Beschichtung resultieren.
• Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verbundwerkstoff enthaltend Kunststoff zur Verwendung in einem thermischen Spritzverfahren, wobei der Verbundwerkstoff aufweist:
• – einen Kunststoffkern in Draht-, Stab-, oder Schnurform,
• – eine metallische und/oder keramische Ummantelung des Kerns, mit diesem lose verbunden und/oder beschichtet.
• Wesentlicher Vorteil dieses Verbundwerkstoffes ist seine einfache Herstellung.
• Die Wahl des Verbundwerkstoffes, enthaltend Kunststoff, Metall und/oder Keramik ist abhängig von den Anforderungen, die bei der jeweiligen Verwendung, z.B. in Turbolader oder an Flugzeugturbinen, gestellt werden. Beim An- und Abfahren der Turbine werden beispielsweise die Flugzeugturbinen thermisch-mechanisch beansprucht. Dies erfordert für die Bauteile und deren Beschichtung den Einsatz hochtemperatur- und kriechbeständiger Werkstoffe wie z. B. Metall und/oder Keramik. Der Spritzwerkstoff muss ein an den Werkstoff des Substrats angepasstes Wärmeausdehnungsverhalten aufweisen. Die Beschichtung muss hochtemperaturbeständig sein sowie eine gute Wärmeisolation und gute Haftung aufweisen. Andererseits werden dünne, dichte und glatte Beschichtungen bevorzugt, die aus Kostengründen nicht mehr durch Schleifen nachbearbeitet werden. Solche Beschichtungen werden mit dem erfindungsgemäßen Verbundwerkstoff erzielt, indem er vor der Gasflamme bzw. dem Lichtbogen in feine Partikeln zerstäubt wird. Ein draht-, stab- und/oder schnurförmiger Verbundwerkstoff weist gegenüber einem sehr feinkörnigen Spritzpulver nicht nur wirtschaftliche Vorteile auf, sondern bietet auch eine verfahrenstechnische Vereinfachung bei der Verarbeitung des Verbundwerkstoffes.
• In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Ummantelung des Verbundwerkstoffes als Falz- oder Röhrchendraht ausgebildet, wobei darin der Kunststoffkern eingelegt ist.
• Der Vorteil eines Falzdrahtes gegenüber herkömmlichen Fülldrähten ist die einfache Herstellung. Der Kunststoffkern kann nicht nur eine runde bzw. rechteckige sondern auch eine beliebige andere Form annehmen. Die Metallummantelung ist dabei entsprechend an die Form des Kunststoffkerns angepasst.
• Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind zusätzlich nanostrukturierte Partikeln vorzugsweise im Kunststoffkern enthalten.
• Der Vorteil hierbei ist, dass die metallische Ummantelung und der Kunststoffkern die Nanopartikeln derart umhüllen, dass diese als eine thermische Barriere die Nanopartikeln vor einer zu hohen Temperatureinwirkung während des Lichtbogendrahtspritzens schützen. Dadurch werden die Nanopartikeln kristallographisch unverändert mittels Lichtbogendrahtspritzverfahren in der Beschichtung eingebaut.
• In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung bestehen die nanostrukturierten Partikeln im Kunststoff aus Keramik.
• Vorteilhaft beim Einsatz von Keramik in Form von nanostrukturierten Partikeln im Kunststoffkern des Verbundwerkstoffes sind die guten Hochtemperatureigenschaften und die Isolationswirkung der Keramik. Die nanostrukturierten keramischen Partikeln erhöhen die Härte und die Korrosionsbeständigkeit der Beschichtung des Substrates. Bei einer Anwendung von Cermets wird die Festigkeit der Beschichtung des Substrates erhöht. Um eine möglichst porenfreie, homogene Beschichtung des Substrates zu gewährleisten, werden die keramischen Partikeln feinkörnig (im Nanobereich) hergestellt. Durch die Feinkörnigkeit der keramischen Partikeln wird eine sehr dünne, dichte und glatte Beschichtung sichergestellt, die durch Schleifen nicht nachbearbeitet werden muss.
• Nachfolgend werden die erfindungsgemäßen Gegenstände anhand von Ausführungsbeispielen und der 1 näher erläutert. Dabei zeigt:
• 1 Schematische Darstellung einer Ausführungsform eines LDS-Brennerkopfes mit Injektor zur Verwendung in einer Vorrichtung zur Beschichtung von Substraten.
• In 1 ist schematisch ein Brennerkopf 1 einer Spritzvorrichtung 20 für ein Lichtbogendrahtspritzverfahren dargestellt, der insbesondere für das Beschichten von Turboladern oder von Flugzeugturbinen eingesetzt werden kann. Der Innenraum des Brennerkopfes 1 weist hierzu die Form einer Brennerdüse 2 auf, in der zwei Kontaktrohre 41 und 42 zur Zuführung zweier Spritzdrähte 51 und 52 und ein mittig in der Brennerdüse 2 angeordneter Injektor 6 zur Zuführung von einem drahtförmigen Verbundwerkstoff 7 eingebracht sind.
• Der Verbundwerkstoff 7 wird als Spritzgut eingebracht, er enthält, gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, einen drahtförmigen Kunststoffkern auf Polyesterbasis, lose ummantelt mit metallischem Falz- oder Röhrchendraht auf Aluminiumbasis.
• In einem zweiten Ausführungsbeispiel des Verbundwerkstoffes 7 befinden sich keramische Nanopartikeln (Cermets) in dem Kunststoffkern des Verbundwerkstoffes 7.
• In einem dritten Ausführungsbeispiel des Verbundwerkstoffes 7 ist der Kunststoffkern mit Keramik ummantelt.
• In einem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Spritzdrähte 51 und 52 über die Kontaktrohre 41 bzw. 42, die mittels in der Zeichnung nicht dargestellten Verbindungselementen gehalten werden, zugeführt. Damit sich der Lichtbogen 8 zwischen den Enden der Spritzdrähte 51 und 52 in vorteilhafter Weise bilden kann, sind die beiden Drähte 51 und 52 spiegelsymmetrisch zu der Symmetrieachse 16 des Brennerkopfes 1 angeordnet, dabei austrittsseitig gegeneinander gerichtet und um einen Winkel von mindestens 120° bis maximal 160° bezogen auf die Brennersymmetrieachse 16 geneigt. Die Spritzdrähte 51 und 52 werden in dem Lichtbogen 8 aufgeschmolzen. Die sich aus den geschmolzenen Spritzdrähten 51 und 52 bildenden Tröpfchen bzw. Partikeln 10 werden von einem Zerstäubergas 13 zerstäubt und in Richtung des zu beschichtenden Substrates in einem Partikelstrahl 12 transportiert und auf dem Substrat abgeschieden. Argon wird als Zerstäubergas 13 eingesetzt und in den Brennerkopf 1 zugeführt.
• Der drahtförmige Verbundwerkstoff 7 wird über den Injektor 6 vor einer Sekundärzerstäubergasdüse zugeführt und mittels des ausströmenden Sekundärzerstäubergasstromes in einen Partikelstrom zerstäubt. Ein separat zugeführtes Sekundärzerstäubergas 14 (Argon) umhüllt den Verbundwerkstoff 7 über eine Sekundärzerstäubergasdüse, wobei diesen in Partikeln 9 zerstäubt wird. Die schmelzflüssigen Partikeln 9 werden von dem Zerstäubergas 14 umhüllt und über die Brennerdüse 2 durch den Lichtbogen 8 transportiert und am Brenneraustritt 3 mit den metallischen Partikeln 10 vermischt. Anschließend werden die Partikeln 9 und 10 mittels den Zerstäubergasen 13 und 14 durch die Gasflamme 11 transportiert. Dabei bleiben die Partikeln 9 und 10 bei höheren Temperaturen über einen längeren Bereich in der Gasflamme 11 und somit auch außerhalb des Lichtbogens 8 im schmelzplastischen Zustand. Anschließend werden sie mit dem Partikelstrahl 12 auf dem Substrat abgeschieden.
• Propan wird als Brenngas 15 dem Brennerkopf 1 zugeführt, wodurch sich ein unter erhöhtem Druck stehendes Reaktionsgemisch bildet, das sich durch die Brennerdüse 2 in Form einer Gasflamme 11 ausbreitet, die sich am bzw. nach dem Lichtbogen 8 bildet.
• In einem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nur die Zerstäubergase 13 und 14 in den Brennerkopf 1 zugeführt. Dabei wird ein Spritzgut 7 vor dem Lichtbogen 8 injiziert und mit dem Zerstäubergas 13 und 14 durch den Lichtbogen 8 transportiert und vor dem Brenneraustritt 3 mit den metallischen Partikeln 10 vermischt. Mittels des Partikelstrahls 12 werden die Partikeln 9 und 10 auf das Substrat abgeschieden.
• In einem dritten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Spritzgut 7 mit einem schnurförmigen Kunststoffkern und Metallummantelung in den Injektor 6 zugeführt. Der Injektor 6 ist außerhalb der Brennerdüse 2 bzw. des Brennerkopfes 1 senkrecht zu der Symmetrieachse der Brennerdüse 2 derart angeordnet, dass der Zusatzwerkstoff 7 nach dem Lichtbogen 8 in die Gasflamme 11 zugeführt und währenddessen zerstäubt wird. Dabei vermischt sich der Zusatzwerkstoff 7 mit den metallischen Tröpfchen bzw. Partikeln 10, die im Lichtbogen 8 zerstäubt wurden. Anschließend bilden diese Partikeln 9 und 10 den Partikelstrahl 12, der sich auf dem Substrat abscheidet.
• Die Erfindung ist nicht nur auf die zuvor geschilderten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern vielmehr auf weitere übertragbar.
• So kann beispielsweise der Verbundwerkstoff einen Kunststoffkern auf Polytetrafluorethylen- (PTFE), auf Polyphenylensulfid- (PPS) oder auf Polyetherketonbasis (PEK), oder auf Polypropylenbasis (PP) und eine Ummantelung aus Nickel- oder Kobaltlegierung aufweisen.

1

Brennerkopf

2

Brennerdüse

3

Brenneraustritt

41

erstes Kontaktrohr zur Zuführung des Spritzdrahtes

42

zweites Kontaktrohr zur Zuführung des Spritzdrahtes

51

erster Spritzdraht

52

zweiter Spritzdraht

6

Injektor

7

Verbundwerkstoff

8

Lichtbogen

9

Partikeln

10

Metallische und ggf. keramische Partikeln

11

Gasflamme

12

Partikelstrahl

13

Zerstäubergas (primär)

14

Zerstäubergas optional (sekundär)

15

Brenngas optional

16

Symmetrieachse des Brennerkopfes

20

Vorrichtung

Claims (9)

1. Verfahren zum Beschichten von Substraten mit einem Spritzgut, enthaltend Kunststoff, wobei das Spritzgut mittels thermischer Spritzverfahren aufgebracht wird, derart, dass das Spritzgut in den kälteren Spritzbereich eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Spritzgut in Form von Kunststoff in Stab-, Draht-, Schnurform, ummantelt mit Metall und/oder Keramik, zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Spritzgut auf das Substrat in einem Lichtbogendrahtspritzverfahren aufgebracht wird.
3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spritzgut in Spritzrichtung nach dem Lichtbogen (8) injiziert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Spritzgut in Spritzrichtung vor dem Lichtbogen (8) in einem Zerstäubergas (13) injiziert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Spritzgut in Spritzrichtung vor einer Gasflamme (11) in dem Zerstäubergas (13) injiziert wird.
6. Verbundwerkstoff enthaltend Kunststoff zur Verwendung in einem thermischen Spritzverfahren, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundwerkstoff (7) aufweist – einen Kunststoffkern in Draht-, Stab-, oder Schnurform, – eine metallische und/oder keramische Ummantelung des Kerns, mit diesem lose verbunden und/oder beschichtet.
7. Verbundwerkstoff nach Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung als metallischer Falz- oder Röhrchendraht ausgebildet ist.
8. Verbundwerkstoff nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich nanostrukturierte Partikeln enthalten sind, vorzugsweise im Kunststoff.
9. Verbundwerkstoff nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, die nanostrukturierten Partikeln im Kunststoff aus Keramik bestehen.