DE2254491B2 - Verfahren zum Beschichten von Oberflächen an Werkstücken durch Aufspritzen von im Lichtbogen aufgeschmolzenen Schichtstoffen, sowie Anordnung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Bei allen Verfahren zum Spritzen von Werkstof- Kammer arbeits- und zeitaufwendig,
fen, z.B. beim autogenen Drahtspritzen (Schoopen), An sich ist es bekannt, einen Werkstoff mittels

dem autogenen Pulverspritzen, dem Lichtbogensprit- eines Plasmawerkstoffstrahles auf ein Werkstück aufzen, insbesondere beim Plasmaspritzen und Detona- 45 zubringen und dabei quer oder nahezu quer zum tionsspritzen ist die Expositionszeit, d. h. jene Zeit, Plasmastrahl einen Schutzgasstrom in den Bereich des die zur Beschichtung eines Werkstückes aufzuwen- Spritzstrahles zu blasen. Die Plasmadüse ist hier reladen ist, sehr kurz; sie beträgt beispielsweise 1,5 see. tiv nahe über dem Werkstück angeordnet und von Beim Plasmaspritzen werden die Spritzpartikeln im einem Mantel umgeben; das eingeführte Gas strömt nahen Bereich der Spritzdüse und während ihres FIu- 50 in diese durch den Mantel gebildete Kammer. Diese ges zum Werkstück innerhalb einer Zeit von 200 μ5εΰ Kammer mündet nahe über die zu beschichtende aufgeschmolzen und auf Überschallgeschwindig- Oberfläche des Werkstückes; das Gas tritt durch den keit beschleunigt. Dabei entsteht innerhalb der ein- zwischen Kammer und dem Werkstück gelegenen zelnen Spritzpartikeln ein Temperaturgefälle, wobei Spalt aus und verhindert so das Eintreten von Luft in der negative Temperaturgradient von der Oberfläche 55 den Kammerraum bzw. ein Herantreten von Luft an zum Kern des Spritzpartikel gerichtet ist. Damit die die Auftragsstelle. Bei dieser Vorrichtung kommt der Teilchen beim Auftreffen auf das Werkstück eine ho- Plasma- bzw. Werkstoffstrahl nicht mit der sauermogene Schicht bilden, ist zumindest ein teigiger Zu- stoffhaltigen Atmosphäre in Verbindung. Indessen stand der Spritzpartikeln erforderlich; die Temperatur verdampfen auch hier die leichteren bzw. eine gerindes Kerns des einzelnen Spritzpartikel soll daher an- 60 gere Masse besitzenden Werkstoffteilchen, die jedoch nähernd der Schmelztemperatur entsprechen. Unter in der Kammer umherwirbeln und zumindest teil-Berücksichtigung der relativ kurzen, für die Erhit- weise mit dem Werkstoffstrahl auf das Werkstück gezung zur Verfügung stehenden Zeit, ist die Ober- langen.

fläche der Teilchen bis weit über den Schmelzpunkt Zum Aufspritzen von Farben auf Gegenstände ist

hinaus erhitzt. Ein Teil des Spritzwerkstoffes ver- 65 es bekannt, eine Spritzpistole mit einer Luft-Zusatzdampft daher. Die Spritzpartikeln haben zumeist eine düse zu verwenden. Letztere Düse dient dazu, den unterschiedliche Größe; dies hat zur Folge, daß sich aus der Farbdüse der Spritzpistole austretenden die kleineren Teilchen schneller erwärmen, denn die Farbstrom in eine gewünschte Richtung abzulenken.

_f ._tp. moeucu den Farbstrom an schwer zugängi- Auch ist das erfinderische Verfahren wemger auf-

^{50 1S} _AuSn^gen u. dgl. am Werkstück heranzu- wendig und insbesondere für die Massenproduküon

*^en ^DaJ S beim Beschichten eines Werkstük- gut geeignet; es bringt auch be, sole hen SjJ^

ftim Lichtbogen aufgeschmolzenen Werkstof- stoffen Verbesserung, bei denen alle bekannten >te

- Stande Probtem tritt hier nicht auf. 5 fahren zur Vermeidung der Einlagerung von Damp-

F SrMn ist es bekannt, beim Beschichten von fen und Oxiden in die aufzubauende Sch.cht bisher

oder anderen Geweben mittels eines wirkungslos blieben,

,der eines Metallpulvers, das Beschich- Die Anordnung zur Ausübung des \

in einer Flamme oder in einem war- steht gemäß der Erfindung dann, dali

^SSerial in einer Flamme oder in einem war steht gemäß der g

^f StS>m aufzuschmeizen und auf die zu be- „ Seite des Spritatirid^i^

Shtende Oberfläche des Trägerstoifes aufzusprü- destens auf seiner anderen Seite . ψ

t Die zu beschichtende Oberfläche wird hier oder Blende angeordnet ist ^'f "^{e 1}J^"

ϊ Λ etaeT auf oen Beschichtungsort gerichteten richtung vor dem Werkstuck und hintederDüse ge

Ä ikSt. Die bei diesem Verfahren zur An- legen ist. Diese Querstromduseist^ nahen Bereich

Temperaturen sind Vergleichs- i₅ des Werkstückes^ angeordnet.«£

in einem Lichtbogen zu schaffen, bei eine auf das ^We™f^r . _{h bekannt}, das durch

SJuedodi die sich während des Aufschmelzen, des *₅ Kaj^JgJen- _{die variablen Parame}.

Werkstoffes und/oder sich in einer sauerstofflialtigen ^^f^^j^ndigkeit, seinen Anstell-

Atmosphäre bildenden Zerfallprodukte aus dem he - ι« ⁿ™> *™^e £? ^ * _{t emSteU}bar und re-

ßen Spritzstrahl entfernt werden sollen Diese Auf- winkel und seine Mreuor ^S „^ _{und der}

gäbe wird gemäß dem erfinderischen Verfahren da- J^^^^Sgetwiii sowie die Form der

durch gelöst, daß man beim Aufspritzen des Werk- 30 Auffangplatte vom Ug _{sind m W}e_lten

stoffes in einer Normalatmosphare die sich im Spritz- Auffangplatte una aer . _{der jewei}ii_gen

sShl bildenden Zerfallprodukte mittels e.nes Quer- Grenze^gut «^™^ abstimmbar. Selbst

r SaSSm wird mit hoher Gesch.indig- ^gJS^SS^ SkÄ=g keil in den Spritzstrahl geblasen derart, daß dieser 35 ^^g^SnTL» unter Verzicht auf einen vom Quergasstrom geschnitten wird. ^zieit were _{d die} strahlbreite einschrankt.

kung erfahren und daher das Werkstuck treffen. bduch tlaJJ beaufschlagt wird. Die Spntz-

Nach einem zusätzlichen Merkmal des Verfahrens "^f^™_{mit hoher}, _irn Überschallbereich gewerden die mittels des Quergasstromes aus der Spntz- 45 parttel ^" _{indi keit aus} einer Spritzpistole^ richtung abgelenkten Werkstoffteichen img- J^"^gLasJritzanlagp4', ausgestoßen. Der strahl an einer vor dem Werkstuck angeordneten ^J™£j£ _{ist ge}g_enüber der Waagerechten um Blendenwand aufgefangen. Der optimale Winkel un- SpntesttaM 3 ist geg _{halb des Berdches} des

"er dem der Quergasstrom den Spritzstrahl treffen |^™£ 3 fowie zwischen dem Werkstück 2 und soll, ist von der Geschwindigkeit de.■ Sprtjqpjr^ta ₅o Spn^^» _{ist eine DüseS}, nämlich die Querim Spritzstrahl sowie von der Art des W^fi^°fte J" J£ angeordnet, die den Quergasstrom 6 lieabhängig; er kann empirisch ermittelt werde. Hierbei ^™^m°^^eQ^_r ^gg_a°_sstrom schneidet den Spritzstrahl 3. ft es dänlich und vorteilhaft, für den Gastrom fcrt. Der Q^r»«t ^ ^^ , _hte„

das gleiche Gas bzw. Gasgemisch zu verwenden, wie Der uuerga _Bahn ^ _{s Uzstrah es; sl}e _ge-

für das Plasmagas benutzt wird. Hierzu bieten sich 55 en Teüchen _a ^ _gestrichelten Lmien? an-

insbesondere neben den Edelgasen, wie z. B. Ar- ^lan£ ^ _{außerhalb des} Bereiches des zu beschichgon, auch Stickstoff mit und ohne Zumischung von g^SJSke· 2. Auch die Spritzpartikeln aus-Wa serstoff an. Beim Spritzen von Werkstoffen die £nd» wer geringfügig abgelenkt. Beeine oxydierende Atmosphäre gestatten, wie Metall- J^JJ^ _{daß der} Spritzstrahl um den Winkele oxidschichten, kann auch Luft benutzt werden^ - dngto»ar _{w& erechten gericht t ist}, verlauft

Der besondere Vorteil des erfinderischen Verfah- gege»^UD« _d Spritzpartikeln nach dem Zusamrens ζ B gegenüber dem Plasmaspritzen in einer ™*3 „"_{t dem} Quergasstrom 6 nahezu waage-Argonkammer⁸-bei dem das Edelgas das Entstehen menpra^ ^^ f_{reffen das} Werkstück senk- und Einbetten von Oxiden im Werkstoffstrom weit-" «™J· ^ ^P _Ab^_{tand d}es Werkstückes 2 von der gehendst unterbindet - besteht darm, daß de 6₅ recht Ue ^ ^^^ _Zentimeter> ^₀.

Werkstoffstrom sauber gehalten wird d. h daE(nicht bpnttp _{kek des Wer}kstof stromes .mB-

Ζ^^τΧ^^^^^- ^Ch von 450 m/sec gelegen is, D. Geschwindig-

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keit des Quergassti omes beträgt ζ. B. 200 bis 450 πι/ Auffangblende für die mittels des Quergasstromes 6

see; sie wird in Abhängigkeit von der Art des Werk- aus dem Spritzstrahl 3 abgelenkten Zerfallprodukte,

stoffes eingestellt. Eine derartige Anordnung ist besonders zum Sprit-

Eine andere Anordnung zeigt F i g. 2. Entspre- zen von vorgegebenen Konturen geeignet. Hierbei ist

chend dem vorherigen Beispiel wird der Spritz- 5 es indessen eine Voraussetzung, daß die Breite Z der

strahl 3 von einem Quergasstrom 6 mit hoher Ge- Spritzschicht kleiner als die Streubreite 5 des Werk-

schwindigkeit geschnitten und abgelenkt. stoffstralilers ist. Auch muß die Verteilung der

Die aus dem Spritzstrahl abgelenkten Teilchen Spritzpartikeln hinreichend gleichmäßig sein. Wird die kleinerer Masse 7 werden hier durch eine Blende 10 Spritzpistole 4 bei feststehendem Werkstück hin- und aufgefangen. Diese Blende hält die Zerfallprodukte io herbewegt oder oszilliert das Werkstück 2, so erfolgt sowie gegebenenfalls Oxide von der sich aufbauen- der Auftrag zellenförmig. Die Lochblende 10' kann den Schicht fern. Ein Kühlgasstrom 9 schützt das auch auf das Werkstück aufgelegt sein. In diesem Werkstück 1, 2 vor einer zu starken Erwärmung. Diis Falle entspricht die Kontur der Beschichtung 1, der Kriterium für eine saubere Trennung der Werkstoff- Form der Durchbrüche in der Lochblende 10'. Zur partikel einerseits und der Zerfallprodukte anderer- 15 Beschichtung von Konturen auf größeren Flächen ist seits ist durch die Differenz der Ablenkung Y gege- es vorteilhaft, an Stelle der Lochblende 10' eine Konben. Dieser Wert muß größer sein als die Breite des turenscbablone 10' zu verwenden und die Loch-Partikelstrahles 3 im nahen Bereich des Werkstückes. blende — nicht dargestellt — der Konturenschablone Eine größere Geschwindigkeit des Quergasstromes 6 vorzulagern. Auch kann die Konturenschablone 10' ergibt bei vergrößertem Ablenkungswinkel auch ao mit dem Werkstück 2 und die Lochblende mit dem einen größeren Ablenkungswert Y. Die Strömungsge- Düsenkopf verbunden sein. Oszilliert die Lochblende, schwindigkeit des Ablenkungsstromes kann im Un- so erfolgt der Auftrag in Streifen. Ein derartiges terschallbereich durch den Gasdruck allein, im Über- Verfahren ist empfehlenswert zum Beschichten von schallbereich zusammen mit einer Lavaldüse 6' ein- größeren Rächen.

gestellt werden. Vergrößert man den waagerechten 35 Fig.4 zeigt eine Anordnung zum Beschichten AbstandX von der Düsenmitte der Lavaldüse6', so runder Werkstücke. Das runde Werkstück ist z.B. wächst auch der Wert Y. Dieser Wert wächst sodann ein Zylinder 2', der mit einer Werkstoff schicht 1 zu schneller als die Breite des Partikelstrahles 3. Der belegen ist. Hier ist es vorteilhaft, den Quergasstrom Abstand X kann indessen nicht beliebig vergrößert mit einem geringen Anstellwinkel b gegen den Spritzwerden. Beim Durcheilen der restlichen Flugstrek- 30 strahl 3 zu richten. Durch den geringen Anstellwinkel ke X' kühlen sich die Spritzpartikeln ab, wobei außer- wird bei kleineren Gasgeschwindigkeiten des Querdem die Gefahr einer erneuten Oxydation gegeben gasstromes eine verhältnismäßig größere Ablenist Es bestehen verschiedene Möglichkeiten, mittels kung 7 der Zerfallprodukte aus dem Spritzstrahl bedes Quergasstromes und der Blende 10 die Auslcn- werkstelligt Der Quergasstrcm dient hier auch als kung der Zerfallprodukte aus dem Werkstoffstrom 35 Kühlgas für das Werkstück. Durch die Breite des zu regehi. Sowohl die Gasgeschwindigkeit des Quer- Quergasstromes C erreicht man eine mehr oder wenigasstromes, sein Anstellwinkel α gegenüber der ger schnelle Kühlung der aufgetragenen Spritz-Waagerechten 8 wie auch die Streubreite können ein- schicht. Wünscht man eine intensive Kühlung der stellbar gehalten sein. Spritzschicht, so kann dies durch eine Drehung der

F i g. 3 zeigt eine der F i g. 2 ähnliche Anordnung. Düse 6 in Richtung des Pfeiles d, gegebenenfalls unter

Hier ist vor dem Werkstück 2 eine Lochblende 10' Erhöhung des Gasdruckes in der Düsenleitung 5'

angeordnet Diese Lochblende dient gleichzeitig als bewerkstelligt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Oberfläche nimmt quadratisch, die Masse mit der pQteri. „c„ .. . Ä. dritten Potenz der Größe ab. Kleinere Teilchen ver- ratentansprucne. dampfen stärker und werden dabei noch kleinen Je nach dem angewandten Spritzverfahren und den Be-

1. Verfahren zum Beschichten von Oberflä- 5 triebsdaten ist die überhitzte Oberfläche der Spritzchen an Werkstücken durch Aufspritzen und partikeln außerdem einem unterschiedlich starken Aufschmelzen des Werkstoffes in einem Lichtbo- chemischen Angriff ausgesetzt Bei den hohen gen, bei dem man während des Aufspritzens des Spritztemperaturen sind viele der so entstehenden Werkstoffes in den Spritzstrahl einen Quergas- chemischen Verbindungen flüchtig; sie dampfen vom strom bläst, dadurch gekennzeichnet, io Spritzpartikel ab. Viele Spritzwerkstoffe zerfallen undaß man beim Aufspritzen in einer Normalatmo- ter der Temperatureinwirkung teilweise oder ganz in Sphäre die sich im Spritzstrahl bildenden Zerfall- unterschiedlich große Bestandteile. Beim Spritzen produkte mittels des Quergasstromes ausbläst. von Mischungen aus verschiedenen Werkstoffen

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- dampfen die Werkstoffe mit den niedrigeren Siedekennzeichnet, daß man den aus der Beschich- 15 punkten stärker ab. Der Werkstoff mit dem niedrigtungsrichtung abgelenkten Teil des Spritzstrah- sten Schmelzpunkt in einer Mischung wird meist les (7) an einer vor dem Werkstück (2) angeord- überhitzt und einem verstärkten chemsichen Angriff neten Blendenwand (10,10') auffängt. ausgesetzt. Deshalb ist es üblich, den Anteil beson-

3. Anordnung zur Ausübung des Verfahrens ders gefährdeter Bestandteile bei Werkstoffmischunnach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeich- 20 gen um den zu erwartenden Verlust höher zu bemesnet, daß auf der einen Seite des Spritzstrahles (3) sen. Alle diese abgespaltenen oder abgedampften Bedie Querstromdüse (6') und mindestens auf seiner standteile sind kleiner und leichter als die Spritzparanderen Seite eine Auffangplatte oder Blende (IC tikeln und oft als sogenannter »Rauch« deutlich sicht- oder 10') angeordnet ist, wobei letztere in Spritz- bar. Es ist anzunehmen, daß dieser Rauch zum größrichtung vor dem Werkstück (2) und hinter der 25 ten Teil aus Zerfallprodukten oder anderen chemi-Düse (6) gelegen ist. sehen Verbindungen besteht. Diese im weiteren mit

dem Wort »Zerfallprodukt« bezeichneten Bestandteile werden mit dem Spritzstrahl mitgeführt und gelangen auf die Oberfläche des Werkstückes. Die

* 30 Schichtfläche des Werkstückes wird somit verunrei

nigt. Im Schliffbild eines derartig beschichteten Werkstückes zeigen sich Einschlüsse; diese Einschlüsse führen zu einem porösen Schichtaufbau. Die Festigkeit der so aufgetragenen Schicht wird durch

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum 35 einen porösen Aufbau nachteilig beeinflußt. Zur Beschichten von Oberflächen an Werkstücken durch Vermeidung oder Einschränkung dieser Nachteile ist Aufspritzen und Aufschmelzen des Werkstoffes in es bekannt, beim Plasmaspritzen in einer Argonkameinem Lichtbogen, bei dem man während des Auf- mer zu arbeiten. Indessen läßt sich auch dort nicht spritzens des Werkstoffes in den Spritzstrahl ein vermeiden, daß überhitzte Teilchen auf die Werk-Quergasstrom bläst, sowie auf eine Anordnung zur 40 Stückoberfläche gelangen. Ferner ist das Ein- und Durchführung des Verfahrens. Ausschleusen der Werkstücke in die und aus der