DE2615022B1 - Verfahren zum Beschichten einer Oberflaeche mittels eines Strahles aus erhitztem Gas und geschmolzenem Material - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Beschichten einer Oberfläche mittels eines Strahles aus erhitztem Gas und geschmolzenem Material, insbesondere auf ein Verfahren, bei dem das Gas durch die Erhitzung ionisiert wird (Plasmaspritzen). Als Gase kommen insbesondere inerte Gase, z. B. Argon, als das geschmolzene Material beim Plasmaspritzen insbesondere hochschmelzende Metalle, keramische und metallkeramische Materialien, als Werkstücke insbesondere Gegenstände aus Metall, Stein, Keramik in Betracht.

Durch die DT-OS 25 17 647 ist ein solches Verfahren bekannt, bei dem auf ein laufendes Blechband geschmolzenes Metall kontinuierlich durch eine Schutzgasatmosphäre hindurch derart aufgespritzt wird, daß die aufgebrachte Schicht durch das Schutzgas gekühlt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Kühlung in mehrfacher Hinsicht zu verbessern. Das geschieht gemäß der Erfindung dadurch, daß als Kühlmittel Kohlensäure verwendet wird, die der den Strahl erzeugenden Düsenöffnung als flüssige Kohlensäure zugeführt wird, so daß aus der Düse ein sehr kalter Strahl eines Gemisches von gasförmiger und fester Kohlensäure austritt und daher auf der Oberfläche des Werkstückes mit einer sehr niedrigen Temperatur und großer Kühlleistung auftrifft.

Vorzugsweise wird die flüssige Kohlensäure in dem Bereich vor der Düsenöffnung in einem laminaren Strom geführt, vorzugsweise in einem Flüssigkeitsstrang, dessen Länge mindestens das 50-fache seines Durchmessers und mindestens etwa das 1000-fache des Durchmessers der Düsenöffnung beträgt.

Es ist bekannt, beim Plasmaspritzen die Spritzdüse gegenüber dem zu beschichtenden Werkstück oder das Werkstück gegenüber der Spritzdüse zu bewegen, einerseits, um eine größere Fläche des Werkstücks zu beschichten, und andererseits, um mehrere Schichten übereinander aufzubringen. Dabei ist es bekannt, die Düse für den zu kühlenden Preßluftstrahl so anzuordnen, daß er stets eine Stelle des Werkstücks trifft, die unmittelbar vorher vom Plasmastrahl beschichtet worden ist.

Gemäß einer weiteren Ausbildung des erfinderischen Verfahrens wird ein Kohlensäurestrahl der genannten Art sowohl unmittelbar hinter als auch unmittelbar vor der vom Plasmastrahl beschichteten Stelle auf das Werkstück gerichtet. Vorzugsweise wird der Plasmastrahl auch an seinen Seiten oder gänzlich von einem Kohlensäurestrahl der vorgenannten Art umgeben. Dadurch wird eine unerwünschte Oxydation im Plasmastrahl verhindert.

Das erfinderische Verfahren hat gegenüber dem bekannten viele Vorteile.

Die Qualität der aufgebrachten Schicht wird verbessert. Insbesondere wird ihre Haftung an der Oberfläche des Werkstücks verbessert, weil das Entstehen größerer Unterschiede der Schrumpfspannung verhindert wird. Die Struktur der aufgebrachten Schicht ist in der Regel dadurch besser, als eine Porosität infolge Entgasung vermieden wird und der bei hochschmelzenden Werkstoffen besonders ausgeprägte, zellenförmige Schichtaufbau vermindert wird. Durch die schnellere Abkühlung wird das Gefüge feiner und die Härte der Schicht wird über den gesamten Schichtquersnitt gleichmäßiger. Eine Oxydation sowohl der aufgebrachten Schicht als auch der im Plasmastrahl enthaltenen Teile wird verhindert.

Das Verfahren gemäß der Erfindung hat ferner den Vorteil, daß durch das Plasmaspritzen Stoffe erheblich niedrigerer Schmelztemperatur, z. B. Aluminium, beschichtet werden können, daß bei Beschichtung von Werkstücken komplizierter Form Spannungsverzüge vermieden werden können und daß die Beschichtung mit erheblich größerer Arbeitsgeschwindigkeit erfolgen kann, zumal keine Pausen beim Aufbringen mehrerer Schichten übereinander erforderlich sind.

Die Zeichnung zeigt Ausführungsbeispiele der Erfindung.

F i g. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zum Beschichten eines zylindrischen Werkstückes durch Plasmaspritzen gemäß der Erfindung,

F i g. 2 und 3 zeigen Werkstücke mit durch Plasmaspritzen behandelter ebener Oberfläche und Erkenntlichmachung der Stellen, an denen der Plasmastrahl und die Kohlensäure auftreffen,
F i g. 4 zeigt einen Längsschnitt durch eine Düse für den Kohlensäurestrahl und das sich an die Düse anschließende Zuführungsrohr.

Das in F i g. 1 dargestellte zylindrische Werkstück W wird in Richtung des Pfeiles //iim seine Achse gedreht. Gleichzeitig wird der Brenner einschließlich Kühldüsen entsprechend dem Pfeil / in axialer Richtung bewegt. Dabei wird auf die Stelle Sp der Oberfläche des Werkstücks Wein aus der Düse Dp austretender Strahl eines Gases G gerichtet, das durch einen zwischen Kathode K und Anode A erzeugten Lichtbogen erhitzt und ionisiert ist und dem durch eine Zuführung P das aufzutragende Material in Pulverform zugeführt wird.

Vor und hinter der Stelle S trifft auf das Werkstück W ein Kohlensäurestrahl COi auf, der aus einer Düse Lh

bzw. D₂ austritt, die am Ende eines Rohres R ι bzw. R₂ angeordnet ist, dem flüssige Kohlensäure zugeführt wird. Die Bohrung der Düse Du D₂ hat einen Durchmesser, der in der Größenordnung von einem Zehntel Millimeter liegt. Der Innendurchmesser des Rohres Ru R₂ liegt in der Größenordnung einiger Millimeter; die Länge des Rohres in der Größenordnung von einem Dezimeter. Beispielsweise betragen der Durchmesser der Bohrung der Düsen DuD₂ 0,1 mm, der Innendurchmesser der Rohre R\, R₂ 3 mm, die Länge dieser Rohre 150 mm.

Da die Kohlensäure in Düsen D ι und D₂ in flüssiger Form zugeführt wird, expandiert sie nach dem Austritt in die Atmosphäre zu einem Teil als Gas, zu einem Teil als Schnee, wobei sich eine Temperatur von —78° C einstellt und eine große Kühlleistung ermöglicht wird.

Die von dem Kohlensäurestrahl getroffenen Stellen Si und S₂ des Werkstücks W werden daher durch Kohlensäure gekühlt, deren Temperatur erheblich unter O⁰C liegt.

In F i g. 2 ist durch die Liste L der Weg dargestellt, über den die Auftrefffläche Sp des Plasmastrahles über die ebene Oberseite des Werkstücks W geführt wird. Die vor und hinter dieser Auftreffstelle Sp liegenden Auftreffstellen S_t bzw. S₂ des Werkstücks haben auf den beiden Seiten der Auftreffstelle Sp weitere Auftreffstellen 53 bzw. 54 für zwei weitere Kohlensäurestrahlen. Sie dienen nicht nur der zusätzlichen Kühlung der Werkstückoberfläche, sondern schirmen auch die Stelle Sp und den Plasmastrahl gegen Zutritt von Luftsauerstoff ab.

Fig.3 zeigt eine ähnliche Anordnung wie Fig.2, wobei jedoch der Plasmastrahl 5p gemäß der Linie L drei mal über die Oberfläche des Werkstücks Ungeführt wird.

Die Auftrefffläche Sr der Kohlensäure ist in diesem Fall ringförmig und umgibt die Stelle 5p und verhindert somit jeden Zutritt von Luftsauerstoff zur Stelle Sp und zum Plasmastrahl. Die ringförmige Auftreffstelle Sr wird erzeugt durch eine Mehrzahl von Düsen, die den in F i g. 1 dargestellten Düsen D, und D₂ entsprechen und den Plasmastrahl umgeben, kann aber auch aus einer Ringdüse erzeugt werden.

Die in Fig.4 dargestellte Düse besteht aus einem Düsenmundstück D, das auf ein Rohr R aufgeschraubt ist und eine zentrale Bohrung B von 0,1 mm besitzt. Das Rohr R hat eine Länge von 150 mm und einen Innendurchmesser von 3 mm. Auf das andere Ende des Rohres ist ein Anschlußstück A aufgeschraubt, das mit einer Leitung verbunden werden kann, die zu einem Behälter mit flüssiger Kohlensäure führt. Infolge des großen Verhältnisses von Rohrlänge zu Rohrdurchmesser ergibt sich in dem Rohr R eine laminare Strömung der flüssigen Kohlensäure. Infolgedessen tritt die Kohlensäure aus der Bohrung B ohne unerwünschte Turbulenz aus, so daß sich ein Kohlensäurestrahl verhältnismäßig geringen Querschnitts bildet. Der Querschnitt des Kohlensäurestrahles kann so auf einer Strahlenlänge von mehreren cm auf eine Fläche von wenigen Quadratzentimetern begrenzt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Beschichten einer Oberfläche mittels eines Strahles aus erhitztem Gas und geschmolzenem Material, insbesondere Plasmaspritzen, bei dem die dem Strahl ausgesetzte Fläche des Werkstücks direkt anschließend mittels eines aus einer Düse austretenden Gasstrahles gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlung mittels Kohlensäure erfolgt, die der Düsenöffnung in flüssigem Aggregatzustand zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die flüssige Kohlensäure vor der Düsenöffnung in einem Strang gleichen Querschnitts geführt wird, dessen Länge mindestens 50 mal so groß ist wie der Durchmesser des Querschnitts.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei in an sich bekannter Weise zwischen dem Strahl und dem ihm ausgesetzten Werkstück eine Relativbewegung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück sowohl vor als auch hinter der Stelle, an der der Strahl auftrifft, dem Kohlensäurestrahl ausgesetzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gut auch seitlich des Strahles Kohlensäurestrahlen ausgesetzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Umfang des Strahles von Kohlensäurestrahlen umgeben wird.

6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Plasmastrahl von einem ringförmigen Kohlensäurestrahl umgeben ist.