DE10351168A1

DE10351168A1 - Method for partially coating component surfaces by means of thermal spraying

Info

Publication number: DE10351168A1
Application number: DE10351168A
Authority: DE
Inventors: Albin Platz; Gerhard Wydra
Original assignee: MTU Aero Engines GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 2003-11-03
Filing date: 2003-11-03
Publication date: 2005-06-02
Also published as: WO2005045088A1; EP1699943A1

Abstract

Ein Verfahren dient zum teilweisen Beschichten von Bauteiloberflächen mittels thermischem Spritzen, wozu nicht zu beschichtende Teilbereiche abgedeckt werden. Erfindungsgemäß erfolgt dieses Abdecken der nicht zu beschichtenden Teilbereiche während des thermischen Spritzens mittels einer bornitridhaltigen Suspension.One method is used for partial coating of component surfaces by means of thermal spraying, for which areas not to be coated are covered. According to the invention, this covering of the subregions not to be coated takes place during the thermal spraying by means of a boron nitride-containing suspension.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum teilweisen Beschichten von Bauteiloberflächen mittels thermischem Spritzen, nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.The The invention relates to a process for the partial coating of component surfaces by thermal spraying, according to the preamble of claim 1 closer defined type.

Aus dem allgemeinen Stand der Technik ist es bekannt, nicht zu beschichtende Teilbereiche während des thermischen Spritzens abzudecken, um eine Beschichtung dieser Teilbereiche zu vermeiden. Typischerweise können drei verschiedene Techniken zum Abdecken der nicht zu beschichtenden Bereiche eingesetzt werden.Out It is known in the general state of the art not to be coated Subareas during to cover the thermal spraying to a coating of this To avoid partial areas. Typically, three different techniques can be used for Cover the non-coated areas are used.

Eine erste und sehr einfache Möglichkeit besteht im Abdecken der nicht zu beschichtenden Bereiche mittels klebenden Masken, Klebeband oder dergleichen. Ein derartiges Abdecken weist dabei zwei gravierende Nachteile auf. Zuerst sind derartige Materialien bzw. Klebebänder typischerweise nur bis ca. 200 Grad Celsius einsetzbar, da bei höheren Temperaturen eine Beeinträchtigung des Materials, beispielsweise ein Durchbrennen oder dergleichen, zu befürchten ist. Zum Zweiten hinterlassen klebende Materialien beim Entfernen häufig Klebereste, welche einen aufwändigen Reinigungsvorgang sowie gegebenenfalls den Einsatz von Lösungsmitteln, deren Verwendung aus Gründen des Umweltschutzes nicht wünschenswert ist, erforderlich machen.A first and very easy way consists in covering the areas not to be coated by means of adhesive masks, tape or the like. Such covering has two serious disadvantages. First, such materials or adhesive tapes typically only up to about 200 degrees Celsius, because at higher temperatures an impairment of the material, for example, burn-through or the like fear is. Second, adhesive materials leave on removal often Adhesive residue, which is a complex Cleaning process and, where appropriate, the use of solvents, their use for reasons environmental protection is not desirable is necessary.

Eine zweite Möglichkeit nicht zu beschichtende Teilbereiche abzudecken besteht darin, eine geeignete Abdeckvorrichtung einzusetzen. Derartige Vorrichtungen sind hinsichtlich ihrer Konstruktion und ihres Aufbaus relativ aufwändig, so dass entsprechende Vorlaufzeiten und entsprechend hohe Stückzahlen benötigt werden, sollen die Vorrichtungen sich lohnen. Aber auch dann weisen die Vorrichtungen den Nachteil auf, dass diese entweder nach einigen Beschichtungsvorgängen sehr aufwändig gereinigt werden müssen, da die Vorrichtungen ebenso wie das zu beschichtenden Bauteil beschichtet werden. Um dieser Problematik abzuhelfen können die Vorrichtungen selbst mit einem geeigneten Material beschichtet, beispielsweise inchromiert, werden, um ein Anhaften des Beschichtungsmateri als aus dem thermischen Spritzvorgang auf den Vorrichtungen zu verhindern. Diese Vorgehensweise hat allerdings den gravierenden Nachteil, dass beim thermischen Aufspritzen des Beschichtungsmaterials dann Partikel desselben von der Vorrichtung abprallen und dadurch auf die zu beschichtende Oberfläche gelangen und diese in ihrer Qualität deutlich verschlechtern.A second option Covering non-coated sub-areas is an appropriate Insert cover. Such devices are in terms of their construction and their construction relatively complex, so that corresponding lead times and correspondingly high quantities needed be, the devices should be worthwhile. But then also point the devices have the disadvantage that they either after a few coating operations very costly need to be cleaned because the devices coated as well as the component to be coated become. To remedy this problem, the devices themselves coated with a suitable material, for example, chromated, be to adhere the Beschichtungsmateri as from the thermal To prevent spraying on the devices. This approach However, has the serious disadvantage that the thermal Spraying the coating material then particles thereof of bounce off the device and thereby reach the surface to be coated and these in their quality significantly worsen.

Eine dritte Möglichkeit besteht darin, eine Maske aus einem Lack oder einen bindemittelhaltigen Gemisch, wie beispielsweise auf der Basis eines Acrylharzes, oder dergleichen aufzubringen, wie dies beispielsweise in der US 4,464,430 beschrieben ist. Auch hier ist der Nachteil in dem Entfernen des typischerweise stark anhaftenden Maskierungsmaterials zu sehen. Für die bei der Reinigung der Bauteile entstehenden Abfälle sind außerdem aufwändige Entsorgungsmaßnahmen zu treffen, da sowohl die eingesetzten Lösungsmittel als auch die anfallenden Abfälle als Sondermüll entsorgt werden müssen.A third possibility is to apply a mask of a paint or a binder-containing mixture, such as on the basis of an acrylic resin, or the like, as for example in the US 4,464,430 is described. Again, the drawback is the removal of the typically highly adherent masking material. For the waste produced during the cleaning of the components also expensive disposal measures are to be taken, since both the solvent used and the resulting waste must be disposed of as hazardous waste.

In der US 3,904,789 ist außerdem eine Maskierungstechnik beschrieben, bei welcher während des Alitierens einer Oberfläche nicht zu alitierende Teilbereiche mit einer metallischen Maske, beispielsweise aus Kupfer oder Nickel, abgedeckt werden. Nach dem Alitieren wird die metallische Maske dann mittels einer das jeweilige Metall geeigneten wässrigen der Lösung, beispielsweise einer Säure, von der Oberfläche entfernt. Das Verfahren ist dabei sehr aufwändig und erfordert den Einsatz von stark umweltbelastenden Säuren oder dergleichen. Zum Entfernen der metallischen Maske ist außerdem eine vergleichsweise große Verweilzeit in der wässrigen Lösung notwendig.In the US 3,904,789 In addition, a masking technique is described in which, during the alitiation of a surface, areas that are not to be alitated are covered with a metallic mask, for example made of copper or nickel. After alitization, the metallic mask is then removed from the surface by means of an aqueous solution of the solution, for example an acid, suitable for the respective metal. The process is very complex and requires the use of strong polluting acids or the like. In addition, a relatively long residence time in the aqueous solution is necessary for removing the metallic mask.

Zum weiteren allgemeinen Stand der Technik wird auf die DE 43 44 061 C1 verwiesen, in welcher eine Schutzanordnung für nicht zu alitierende Teilbereiche aus zwei Schichten beschrieben ist. Dabei ist als erste Schicht eine Schlickergussschicht aus oxidkeramischen Partikeln und einem Binder sowie als zweite Schicht eine metallische Schlickergussschicht vorgesehen.For further general state of the art is on the DE 43 44 061 C1 in which a protection arrangement for non-aligning sections of two layers is described. In this case, the first layer is a slip-casting layer of oxide-ceramic particles and a binder, and a metallic slip-casting layer is provided as the second layer.

Ausgehend von diesen oben genannten Nachteilen ist es die Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zum teilweisen Beschichten von Bauteiloberflächen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 zu schaffen, welches diese Nachteile vermeidet und ein einfaches, effizientes, leicht zu handhabendes und umweltfreundliches Verfahren bereitstellt.outgoing From these above-mentioned disadvantages, it is the object of the invention a method of partially coating component surfaces according to the preamble to provide from claim 1, which avoids these disadvantages and a simple, efficient, easy to use and environmentally friendly Provides method.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.According to the invention this Object by the mentioned in the characterizing part of claim 1 Characteristics solved.

Die Verwendung einer bornitridhaltigen Suspension ist sehr einfach, kostengünstig und effizient. Eine derartige Suspension ist einfach herzustellen, ist sehr einfach in der Handhabung und ihre Bestandteile sind hinsichtlich einer Umweltgefährdung unbedenklich. Die bornitridhaltige Suspension weist außerdem die ausgesprochen günstige Eigenschaft auf, dass die Suspension die als Overspray entstehenden Partikel des thermischen Spritzens aufnimmt und so eine kontrollierbare gute Oberflächenqualität der beschichteten Bauteiloberfläche sicherstellt.The Using a boron nitride-containing suspension is very easy economical and efficient. Such a suspension is easy to prepare very easy to handle and its components are regarding an environmental hazard harmless. The boron nitride-containing suspension also has the very cheap Characteristic that the suspension is the result of overspray Particles of thermal spraying absorbs and so a controllable good surface quality of the coated component surface ensures.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus dem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel.Further advantageous embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims and from the embodiment described below.

Um Teilbereiche von Bauteiloberflächen mittels eines thermischen Spritzverfahrens zu Beschichten ist es üblich, die Teilbereiche, welche nicht beschichtet werden sollen, entsprechend abzudecken, um ein Mitbeschichten dieser Teilbereiche sowie ein Anhaften von abprallenden Spritzpartikeln (Overspray) in diesen Teilbereichen zu verhindern. Gemäß dem hier beschriebenen Verfahren erfolgt dieses Abdecken der nicht zu beschichtenden Bereiche mittels einer bornitridhaltigen Suspension.Around Subareas of component surfaces It is customary to coat by means of a thermal spraying process Subareas that are not to be coated, accordingly cover to co-coat these portions as well as sticking of rebounding spray particles (overspray) in these areas to prevent. According to this described method this covering the not to be coated Areas by means of a boron nitride-containing suspension.

Eine hierfür geeignete bornitridhaltige Suspension weist in typischer Weise einen Anteil an Bornitrid, bevorzugt an pulverförmig vorliegendem – beispielsweise hexagonalem – Bornitrid, in der Größenordnung von in etwa 10 Gew.-% an der Suspension auf. In der Suspension liegt das Bornitrid in Wasser fein verteilt vor, ohne dass weitere Bestandteile wie Lösungsmittel oder dergleichen benötigt werden.A therefor suitable boron nitride-containing suspension typically has one Percentage of boron nitride, preferably powdered present - for example hexagonal - boron nitride, in the order of magnitude of about 10% by weight of the suspension. In the suspension lies the boron nitride finely dispersed in water before, without further constituents like solvents or the like required become.

Eine solche Suspension als Abdeckmaterial kann dabei sehr einfach und effizient auf die nicht zu beschichtenden Teilbereiche aufgetragen werden, da sie den typischen Auftrags verfahren analog zu dem Bereich der Lackiertechnik zugänglich ist. Sie kann beispielsweise mit Hilfe von Pinseln, Auftragsrollen, Spritzpistolen, Spraydosen oder durch Tauchen aufgetragen werden. Auch ein Auftrag mittels Siebdruckverfahren ist möglich. Dabei liegen typische Schichtdicken der als Abdeckmaterial eingesetzten Suspension bzw. die beim Auftrocknen daraus entstehende mehr oder weniger trockene Bornitridschicht in der Größenordnung von 10 bis 20 μm. Eine solche Schichtdicke reicht aus, die nicht zu beschichtenden Teilbereiche sicher abzudecken und die in diesen Teilbereichen auftreffenden Partikel des thermischen Spritzens ebenso wie den entstehenden Overspray aufzunehmen. Dabei kann durch die Suspension bzw. die beim Trocknen daraus entstehende mehr oder weniger trockene Bornitridschicht, auch ein Abprallen des Oversprays, welcher dann in den Bereich der zu beschichtenden Oberfläche gelangen und die Oberflächenqualität massiv verschlechtern könnte, verhindert werden, da diese den Overspray aufnimmt.A Such suspension as cover material can be very simple and efficiently applied to the non-coated subregions because they are the typical order procedure analogous to the range the painting technology accessible is. You can, for example, with the help of brushes, job roles, spray guns, Spray cans or be applied by dipping. Also an order by screen printing is possible. Typical layer thicknesses of the suspension used as cover material are or the resulting more or less dry during drying Boron nitride layer in the order from 10 to 20 μm. Such a layer thickness is sufficient, not to be coated Cover certain areas safely and impinging in these areas Particles of thermal spraying as well as the resulting overspray take. It can by the suspension or during drying Resulting more or less dry boron nitride layer, also a rebound of the overspray, which is then in the area of to be coated surface arrive and the surface quality massive could worsen be prevented, since this receives the overspray.

Diese sehr einfachen und effizienten Auftragsverfahren ermöglichen es, entsprechende Vorrichtungen zur Maskierung der später mittels des thermischen Spritzens zu beschichtenden Bereiche während des Auftragens der Suspension einzusetzen. Derartige Vorrichtungen sind dabei sehr viel einfacher zu reinigen und müssen aufgrund der fehlenden thermischen Belastung bei weitem nicht so aufwändig gestaltet werden, wie entsprechende Vorrichtungen gemäß dem Stand der Technik zum Abdecken der nicht zu beschichtenden Teilbereiche während des thermischen Spritzens.These enable very simple and efficient order procedures it, corresponding devices for masking the later means the thermal spraying areas to be coated during the Applying the suspension use. Such devices are doing so much easier to clean and have due to the missing thermal load by far not be designed as elaborate as corresponding devices according to the state the technique for covering the non-coated sections while of thermal spraying.

Das beschriebene Verfahren erlaubt es damit, mit sehr einfachen, kostengünstigen und effizienten Mitteln die nicht zu beschichtenden Teilbereiche wirksam abzudecken vor einer Beschichtung während des thermischen Spritzens zu schützen. Außerdem wird der beim thermischen Spritzen kaum zu vermeidende Overspray von der getrockneten Bornitridschicht aufgenommen, so dass eine deutlich bessere Oberflächenqualität der mittels des thermischen Spritzens beschichteten Bauteiloberfläche erzielt werden kann.The described method thus allows, with very simple, inexpensive and efficient means the uncoated subsections are effective cover before coating during thermal spraying to protect. Furthermore becomes the overspray that can hardly be avoided during thermal spraying taken up by the dried boron nitride layer, leaving a significantly better surface quality of the means the thermal spraying coated component surface can be achieved can.

Das Bornitrid in der eingesetzten Suspension weist außerdem eine sehr hohe Temperaturbeständigkeit auf. Dabei können dem Bornitrid an Luft Temperaturen bis zu 1000°C, so wie beim Einsatz in Schutzgasatmosphäre Temperaturen bis zu 2000°C, problemlos zugemutet werden. Der Einsatz ist also mit verschiedenen Verfahren zum thermischen Sprit zen problemlos möglich, wobei das die Parameter des Verfahrens zum thermischen Spritzen jeweils problemlos an das Beschichtungsmaterial sowie an das zu beschichtenden Material angepasst werden können, da das Abdeckmaterial, vor allem beim – ohnehin verbreiteten – thermischen Spritzen mit einer Schutzgashülle keine nennenswerte Limitierung der Verarbeitungstemperatur erzwingt.The Boron nitride in the suspension used also has a very high temperature resistance on. It can the boron nitride in air temperatures up to 1000 ° C, as when used in inert gas temperatures up to 2000 ° C, without any problems be expected. The use is thus with different procedures for thermal fuel zen problem-free, where the parameters of the Method for thermal spraying each problem to the coating material and can be adapted to the material to be coated, since the covering material, especially in the case of the - anyway widespread - thermal Spraying with a protective gas envelope does not force any appreciable limitation on the processing temperature.

Die Suspension wird bei dem hier beschriebenen Verfahren in idealer Weise vor dem thermischen Spritzen auf die nicht zu beschichtenden Teilbereiche aufgebracht und getrocknet. Nach dem thermischen Spritzen kann die Suspension bzw. die beim Auftrocknen daraus entstehende mehr oder weniger trockene Bornitridschicht sehr einfach zusammen mit aufgenommenen Partikeln und Overspray abgewaschen werden. Aufgrund der wässrigen Suspension, welche im wesentlichen aus Wasser und Bornitrid besteht und frei von Bindemitteln ist, kann dieses Abwaschen sehr einfach mit Wasser, ohne den Einsatz von Lösungsmitteln oder dergleichen, erfolgen. Da die Suspension bzw. die beim Auftrocknen daraus entstehende mehr oder weniger trockene Bornitridschicht sehr gut in Wasser gelöst werden kann, lässt sich so sehr einfach eine sehr gute Reinigung der Bauteile erzielen. Auch das Zurückbleiben von klebenden Bindemittelresten oder dergleichen an dem Bauteil ist beim Einsatz der beschriebenen Suspension ausgeschlossen.The Suspension becomes more ideal in the process described here Before the thermal spraying on the not to be coated Sub-areas applied and dried. After the thermal spraying the suspension or the resulting during drying from it more or less dry boron nitride layer very easy together washed off with absorbed particles and overspray. by virtue of the aqueous Suspension, which consists essentially of water and boron nitride and is free of binders, this washing off can be very easy with water, without the use of solvents or the like, respectively. Since the suspension or the resulting from drying it more or less dry boron nitride layer can be dissolved very well in water, let yourself so very easy to achieve a very good cleaning of the components. Also the lingering of adhesive binder residues or the like on the component excluded when using the suspension described.

Eine sehr einfache und sehr effiziente Möglichkeit die Bornitridschicht zusammen mit den Partikeln und dem Overspray abzuwaschen besteht darin, das Bauteil nach dem thermischen Spritzen durch Tauchen in Wasser von dem Abdeckmaterial, den Partikeln und dem Overspray zu befreien. Das beschichtete Bauteil kann somit sehr einfach, sehr schnell und sehr effizient gereinigt werden.A very simple and very efficient way to wash the boron nitride layer together with the particles and the overspray is the component after the thermal spraying through Dipping in water from the masking material, the particles and the overspray. The coated component can thus be cleaned very easily, very quickly and very efficiently.

Dadurch, dass die Inhaltsstoffe der Suspension umweltfreundlich sind, können die sich in dem Wasserbad sammelnden und oder absetzenden Stoffe ohne weiteres zusammen mit dem Wasser oder nach einem Trocknen getrennt entsorgt werden, ohne dass dies spezielle Maßnahmen, wie bei der Entsorgung der im Stand der Technik eingesetzten Materialien, erforderlich machen würde. Auch hier kann das beschriebene Verfahren einen deutlichen Vorsprung hinsichtlich Effizienz und Kosten gegenüber den Verfahren gemäß dem Stand der Technik erzielen.Thereby, that the ingredients of the suspension are environmentally friendly, the in the water bath collecting and / or settling substances without further separated with the water or after drying be disposed of without this being special measures, such as disposal the materials used in the prior art required would do. Again, the method described a clear advantage in terms of efficiency and cost compared to the state of the art achieve the technique.

Claims

Process for the partial coating of component surfaces by means of thermal spraying, for which subareas not to be coated are covered, characterized in that the covering of the subregions not to be coated takes place during thermal spraying by means of a boron nitride-containing suspension.

Method according to claim 1, characterized in that that the suspension comprises essentially water and boron nitride and free of binders.

Method according to claim 1 or 2, characterized that the proportion of boron nitride, in particular of hexagonal boron nitride, in about 10% by weight of the suspension.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized that the suspension immediately before the thermal spraying on the parts not to be coated are applied.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the suspension is prepared by application processes analogous to Application procedures in the field of painting technology take place the sub-areas not to be coated by thermal spraying is applied.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized that the suspension by screen printing on the means of thermal spraying applied to non-coated subregions becomes.

Method according to one of Claims 1 to 6, characterized that the suspension with a thickness of 10 to 20 microns on the is not applied to be coated sections.

Method according to one of Claims 1 to 7, characterized the thermal spraying takes place under protective atmosphere.

Method according to one of Claims 1 to 8, characterized that the suspension is washed off after the thermal spraying.

Method according to claim 9, characterized in that that the washing is done by dipping in water.