DE3844290C1

DE3844290C1 -

Info

Publication number: DE3844290C1
Application number: DE3844290A
Authority: DE
Inventors: Bernd Horst 5190 Stolberg De Schmitz; Bodo 4630 Bochum De Haeuser; Hartmut Dr. 4330 Muelheim De Kaiser
Original assignee: Uranit GmbH; Thyssen Guss AG
Current assignee: HAEUSER, BODO, 44799 BOCHUM, DE
Priority date: 1988-12-30
Filing date: 1988-12-30
Publication date: 1989-12-21
Also published as: ES2041946T3; EP0375914B1; EP0375914A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten von Form teilen aus Faserverbundwerkstoffen mit hochschmelzenden Werk stoffen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Aus der AT-PS 3 48 300 ist ein Verfahren zum Kühlen von Oberflä chen mittels Kohlensäure bekannt, bei dem die Oberflächen nach einem thermischen Spritzverfahren beschichtet sind. Dabei kann der gesamte Umfang des Plasmastrahls von Kohlensäurestrahlen oder von einem ringförmigen Kohlensäurestrahl umgeben sein. Damit können Stoffe mit relativ niedriger Schmelztemperatur, z. B. Aluminium, beschichtet werden. Dabei besteht jedoch die Gefahr, daß zwischen der Kohlensäure und den schmelzflüssigen Partikeln im Plasmastrahl unerwünschte Reaktionen stattfinden. Bei zu beschichtenden Faserverbundwerkstoffen, die in dieser Druckschrift nicht angesprochen sind, treten außerdem noch Probleme hinsichtlich der Haftfestigkeit der aufgebrachten Schicht auf.

Aus der PCT WO 85/04 121 ist ein gattungsgemäßes Verfahren zum Beschichten von Teilen aus Faserverbundwerkstoff mittels Plas maspritzen bekannt, bei dem die Teile in einer Inert gasatmosphäre beschichtet und unmittelbar danach mit verflüssigtem Stickstoff oder Argon gekühlt werden. Hierzu ist eine besondere Behandlungskammer erforderlich, die die Anwendungsmöglichkeiten dieses Verfahrens einschränkt. Zuvor werden die zu beschichtenden Oberflächen der Teile entfettet und mit Korund aufgerauht. Normaler Korund hat jedoch gewisse Verunreinigungen, die sich an der Oberfläche festsetzen können und die Haftfestigkeit der aufzubringenden Schicht beeinträchtigen. Auch ist die Regelung der Inertgasatmosphäre relativ aufwendig. Vor allem ist die mit Stickstoff oder Argon erzielbare Kühlleistung bei diesem Verfahren begrenzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Beschichtungs verfahren der gattungsgemäßen Art anzugeben, mit dem ohne Be einträchtigung der Formbeständigkeit und der Festigkeit als Folge unzureichender Kühlung Formteile aus beliebigen Faser verbundwerkstoffen mit einer Vielzahl unterschiedlicher hoch schmelzender Werkstoffe wie Metalle, keramische Werkstoffe so wie deren Kombinationen bei hoher Haftfestigkeit beschichtet werden können.

Für die Lösung dieser Aufgabe werden die im Kennzeichen des Patentanspruchs genannten Maßnahmen vorgeschlagen.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können Formteile aus Fa serverbundwerkstoffen außer mit Metallen wie Al, Cu, Ni, Co, NiCrBSi-Legierungen, auch mit keramischen oder metall-kerami schen Werkstoffen wie Al₂O₃/TiO₂, ZrO₂/Y₂O₃ sowie karbidi schen Werkstoffen wie WC/Co, die im Vergleich zu Faserverbund werkstoffen mit einer Kunststoffmatrix sehr hohe Schmelztempe raturen von bis zu über 3000°C haben, beschichtet werden.

Das Verfahren läßt sich für Verbundwerkstoffe mit allen gängi gen Fasermaterialien wie Kohlenstoff, Glas, Aramid, Bor und Matrixsystemen wie Epoxid-, Polyester- und Polyimidharze einsetzen. Trotz der beim Plasmaspritzen auftretenden hohen Temperaturen im Plasmastrahl werden die Geometrie und die physikalischen Eigenschaften der beschichteten Formteile nicht beeinträchtigt, da die Formteile bereits vor dem Plasmasprit zen unterkühlt werden und auch während des Plasmaspritzens eine intensive Kühlung aufrechterhalten bleibt. Sowohl bei Hohlkörpern als auch bei plattenförmigen Formteilen wird eine hohe Haftfestigkeit der Schichten erzielt, da Edelkorund keine Verunreinigungen aufweist und durch das Abblasen vollständig entfernt wird. Die Schichtdicken können von etwa 50 µm bis zu einigen 100 µm betragen, ohne daß sich Spannungen in der Über gangszone zwischen Faserverbund- und Beschichtungswerkstoff aufbauen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden erläu tert:

Ein Spalttopf aus kohlefaserverstärktem Kunststoff mit einem Innendurchmesser von 100 mm und einer Wandstärke von 1 mm soll mit einer 0,2 mm dicken Schicht aus ZrO₂/Y₂O₃ (93 Gew.-%/7 Gew.-%) auf seiner Innenfläche beschichtet werden. Hierzu wird die Innenfläche zunächst mittels Druckluftstrahlung mit Edel korund behandelt und anschließend mit CO₂ bei 60 bar abgebla sen, um lose Partikel zu entfernen. Dabei kühlt sich das Form teil unter die Raumtemperatur ab.

Während des Plasmaspritzens wird auf dieselbe Weise weiterge kühlt, indem die Innen- und Außenfläche des Spalttopfes mit tels CO₂-Gasstrahlen, die bei einem Druck von 60 bar aus einer Vielzahl von Düsen austreten, beaufschlagt wird. Der Plas mastrahl wird von einem Kühlgasstrom aus Argon und einem wei teren Kühlgasstrom aus CO₂ eingehüllt. Dadurch bleibt die be schichtete Innenfläche unterhalb der Glasumwandlungstemperatur des Kunststoffs von ca. 150°C, so daß keine thermischen Zer setzungserscheinungen und damit verbundene Volumenänderungen der Matrix des Faserverbundwerkstoffes auftreten. Während des Plasmaspritzens werden der Plasmastrahl und das Formteil ge geneinander bewegt.

In entsprechender Weise können die Außenflächen von derartigen Hohlkörpern oder auch plattenförmige Formteile beschichtet werden. Das Plasmaspritzen wird in atmosphärischer Umgebung durchgeführt.

Claims

Verfahren zum Beschichten von Formteilen aus Faserverbundwerk stoffen mit hochschmelzenden Werkstoffen wie Metall, Keramik oder Kombinationen dieser Werkstoffe mittels Plasmaspritzen, bei dem
- a) vor dem Plasmaspritzen das Formteil mit Korund aufgerauht und gereinigt wird,
- b) während des Plasmaspritzens die zu beschichtende Oberfläche des Formteils auf eine Temperatur unterhalb des Glasumwand lungspunktes gekühlt wird unter Verwendung von Argon oder Stickstoff,
dadurch gekennzeichnet, daß
- c) vor dem Plasmaspritzen das Formteil mit Edelkorund behan delt und anschließend mit CO₂ bei 60 bar abgeblasen und da bei unter Raumtemperatur gekühlt wird,
- d) daß das Plasmaspritzen in atmosphärischer Umgebung durch geführt wird und
- e) während des Plasmaspritzens auch die der zubeschichtenden Oberfläche abgewandte Seite des Formteils mit CO₂ gekühlt wird, wobei
- f) der Plasmastrahl von einem Kühlgasstrom aus Argon oder Stickstoff und einem weiteren Kühlgasstrom aus CO₂ einge hüllt wird.