DE69700019T2

DE69700019T2 - Neues Verfahren zum Verbinden von Metall und Kompositmaterial

Info

Publication number: DE69700019T2
Application number: DE69700019T
Authority: DE
Inventors: Louis Wallingford Connecticut 06492 Blackburn; Christopher J. Wethersfield 06109 Connecticut Hertel; John J. Coventry Connecticut 06238 Klein; Joseph J. Jr. Connecticut 06423 Parkos
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: RTX Corp
Priority date: 1996-05-29
Filing date: 1997-01-17
Publication date: 1999-03-25
Anticipated expiration: 2017-01-18
Also published as: US5965240A; JPH1016133A; KR970074977A; KR100219991B1; TW343173B; US5876651A; DE69700019D1; EP0813956A1; SG50822A1; JP2828168B2; EP0813956B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bereitstellung einer Verbundstruktur, die einen verbesserten Schutz gegen Erosion und Schaden durch Fremdkörper aufweist, und einen dadurch gebildeten Verbundgegenstand. Der besondere Nutzen des Verfahrens der vorliegenden Erfindung liegt in der Herstellung und der Sanierung von Tragflächenstrukturen. Verbundtragflächenstrukturen wie die Leitschaufel des Gebläseausgangs auf einem Strahltriebwerk sind der Erosion sowohl durch atmosphärische Einflüsse als auch durch Schaden ausgesetzt, der durch Auftreffen von Fremdkörpern auf der Flügelvorderkante entsteht. Man hat sich bemüht, geeignete Reparaturmethoden für diese Tragflächenstrukturen zu finden. Es bleibt jedoch ein Mangel an einem Sanierungsverfahren, das eine gut verbundene Struktur mit dem gewünschten Schutz gegen Erosion und Schaden durch Fremdkörper erbringt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Reparatur der Vorderkante einer Verbundstruktur wie einer Tragflächenstruktur zu liefern. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens wie oben, das wirtschaftlich vorteilhaft ist und den Bedarf an Sekundärbindungsmaßnahmen tilgt.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens wie oben, das den Schutz vor Erosion und Schaden durch Fremdkörper auf der Vorderkante der Verbundstruktur verbessert.
Eine noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens wie oben, das sich zur Bildung von Originalstrukturen Metall/Verbund eignet.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer gut gebundenen Verbundstruktur. Die vorangegangenen Aufgaben werden im Verfahren der vorliegenden Erfindung erreicht.
Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren gemäß den Ansprüchen 1, 5 und die Verbundstruktur des Anspruchs 8 gelöst. Weitere vorteilhafte Anwendungsarten werden in den jeweiligen Unteransprüchen beansprucht.
In Übereinstimmung mit der wie beansprucht vorliegenden Erfindung wird ein neues Verfahren zur Bildung einer Verbundstruktur vorgestellt. Das Verfahren umfaßt die Schritte: Bereitstellung einer Kernstruktur aus einem nichtmetallischen Material in einem ungehärteten oder hauptsächlich ungehärteten Zustand; Auftragen eines fluoroelastomeren Films auf Oberflächenteile der Kernstruktur, ebenso in einem ungehärteten oder hauptsächlich ungehärteten Zustand mit einer Härtungstemperatur, die der Härtetemperatur des Kernstrukturmaterials sehr nahe kommt; Aufstellen einer metallischen Struktur über einem Teil der Kernstruktur, so daß die inneren Oberflächen der metallischen Struktur den fluoroelastomeren Film berühren; und Formen der Verbundstruktur unter Hitze- und Druckbedingungen in einer Zeit, die ausreicht, das nichtmetallische Kernstrukturmaterial und den fluoroelastomeren Film cozuhärten und eine Verbindung zwischen der Metallstruktur und dem fluoroelastomeren Film zu bilden. In einer bevorzugten Ausführung wird während dem Cohärten und der Bindungsdurchführung 30 Minuten lang eine Temperatur bis zu 182ºC (360ºF) und ein Druck von 0,70 MPa (100 psi) bis 7 MPa (1000 psi) auf die Verbundstruktur angewendet. Es wurde entdeckt, daß während dem Verfahren der Bindung eine besonders starke Bindung gebildet wird, wenn die metallische Struktur durch Reinigung der inneren Oberflächen mit einem Lösemittel wie Isopropylalkohollösung vorbereitet wird, Ätzen der Metallstruktur mit einer Säureätzlösung aus Eisenchlorid, um unerwünschte Oxide und schadende Materialien von den inneren Oberflächen zu entfernen, und Grundieren der inneren Oberflächen der metallischen Struktur, um die Entstehung von neuen Oxiden zu verhindern und die Bindungseigenschaften der Oberflächen zu verbessern. Der Grundierschritt umfaßt vorzugsweise die Aufbringung einer Epoxyharzlösung auf die Oberflächen, die ein unlösliches Korrosionsschutzmittel wie Strontiumchromat enthält. Es wurde entdeckt, daß das Verfahren der vorliegenden Erfindung für das Sanieren von Tragflächenstrukturen wie die Leitschaufeln eines Gebläseausgangs, die in Strahltriebwerken verwendet werden, besonders nützlich ist. Es ist ebenso nützlich in der Herstellung von Originalausrüstung und der Bildung von Metall/Verbundstrukturen. Es wurde entdeckt, daß das Verfahren der vorliegenden Erfindung eine ausgezeichnete Technologie zur Bindung mit rostfreiem Stahl ist - etwas, das in der Vergangenheit ziemlich schwierig war.
Weitere Einzelheiten wie auch weitere Aufgaben und begleitende Vorteile des Verfahrens der vorliegenden Erfindung werden in der folgenden genauen Beschreibung und (der) den begleitenden Zeichnung(en) bekanntgemacht, in denen ähnliche Bezugszahlen ähnliche Elemente darstellen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 stellt eine Ansicht eines Teils der Tragflächenverbundstruktur im Querschnitt dar.
Fig. 2 stellt eine vergrößerte Ansicht der Vorderkante einer Verbundstruktur im Querschnitt dar.
Fig. 3 ist eine graphische Darstellung der Ergebnisse einer ballistischen Untersuchung, die auf einer Leitschaufel eines Gebläseausgangs mit Vorderkanten aus Drahtgitter und rostfreiem Stahl durchgeführt wurden.

GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNG(EN)

Bezug nehmend auf die Zeichnungen stellen Fig. 1 und 2 einen Teil einer Vorderkante einer Verbundstruktur 10 wie eine Leitschaufel eines Gebläseausgangs dar, der unter Verwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung gebildet wird. Die Verbundstruktur 10 umfaßt eine Kernstruktur 12, gebildet aus einem nichtmetallischen Verbundmaterial in einem vorzugsweise ungehärteten oder hauptsächlich ungehärteten Zustand, einer Schicht 14 eines fluoroelastomeren Filmmaterials in einem ebenso vorzugsweise ungehärteten oder hauptsächlich ungehärteten Zustand mit einer Härtungstemperatur, die im wesentlichen nahe der Härtungstemperatur der Kernstruktur liegt, und eine metallische Struktur 16, die über einem Teil der Vorderkante 18 der Kernstruktur angebracht ist.
Wenn die Verbundstruktur 10 als Leitschaufel eines Gebläseausgangs verwendet werden soll, kann die Kernstruktur 12 aus einem Graphit/Epoxyverbundmaterial gebildet werden, das eine Härtungstemperatur von etwa 177ºC (350ºF) aufweist. Das Material ist in ungehärtetem oder hauptsächlich ungehärtetem Zustand und kann eine oder mehrere Kernschichten 20 und eine oder mehrere Hüllschichten 22 umfassen. Typischerweise werden alle Schichten 20 und 22 aus demselben Verbundmaterial gebildet. Die Kernstruktur 12 kann jede gewünschte Form und jede gewünschte Dicke aufweisen. Wenn die Verbundstruktur als Tragflächenstruktur wie eine Leitschaufel eines Gebläseausgangs verwendet werden soll, weist die Kernstruktur 12 vorzugsweise eine aerodynamische Form auf.
Die fluoroelastomere Filmschicht 14 kann aus einem VITON Film (ein Fluoroelastomeres, das auf einem Copolymerisat aus Vinylidenfluorid und Hexafluoropropylen beruht,) gebildet werden, der eine Härtungstemperatur von etwa 177ºC (350ºF) aufweist, dieser Film kann in einem ungehärteten oder hauptsächlich ungehärteten Zustand sein. Diese Filmschicht weist eine typische Dicke von 0,02 bis 0,038 cm (0.008 bis 0.015 Inch) auf. Ein passender VITON Film ist ein fluoroelastomeres Produkt, das von Eagle Elastomer of Cuyahoga Falls, Ohio, hergestellt wird. (VITON ist ein Handelsname von duPont.) Die fluoroelastomere Filmschicht 14 dient als Haftmittel und kann auf die Oberfläche 24 der Kernstruktur 12 unter Verwendung jeder passenden im Fach bekannten Technik aufgebracht werden. Zum Beispiel kann das fluoroelastomere Filmmaterial auf die Oberfläche 24 der Vorderkante der Kernstruktur gepinselt oder auf andere Art aufgemalt werden. Wenn gewünscht, kann die fluoroelastomere Filmschicht so aufgebracht werden, so daß sie sich auf Teile der Oberfläche 24 erstreckt, die über die Vorderkante der Kernstruktur 10 hinausgehen. Um einen verbesserten Schutz gegen Erosion und gegen Schaden durch Fremdkörper bereitzustellen, wird eine Metallstruktur oder eine Metallhülle 16 über dem Teil 18 der Vorderkante der Verbundstruktur aufgestellt. Die Metallstruktur 16 kann aus einem Legierungsmaterial beruhend auf Eisen wie AMS 5510 oder einem Legierungsmaterial beruhend auf Nickel wie AMS 5536 oder AMS 5599 gebildet werden.
Es wird bevorzugt, daß die Metallstruktur eine feste Struktur ist, weil feste Strukturen einen besseren Schutz gegen Erosion und Schaden durch Fremdkörper liefern. Wenn sie als Struktur einer Vorderkante verwendet wird, wird die Metallstruktur 16 typischerweise eine V-Form und eine Dicke im Bereich von 0,013 bis 0,03 cm (0,005 bis 0,012 Inch) aufweisen.
Um eine Verbundstruktur zu bilden, wird das fluoroelastomere Haftmaterial 14 zuerst auf die äußeren Oberflächenteile 24 der Kernstruktur 12 aufgebracht. Wie oben besprochen, kann das Haftmaterial in Gestalt eines Films auf die Oberflächenteile 24 aufgebracht werden. Bevor sie über der Haftschicht 14 aufgestellt wird, wird die Metallvorderkantenstruktur 16 einem sorgfältigen Vorbereitungsvorgang unterworfen, der die inneren Oberflächen 26 der Metallstruktur 16 aktiviert und dadurch die Verbindung stark verbessert, die zwischen der Metallstruktur 16 und der Kernstruktur 12 gebildet wird. Der sorgfältige Vorbereitungsvorgang umfaßt das Reinigen der inneren Oberflächen 26 der Metallstruktur 16, das Ätzen der inneren Oberflächen 26, um alle Oxide zu entfernen und eine frische Oberfläche für die Bindung zu liefern, und das Grundieren der inneren Oberflächen 26, um die Bildung von Oxiden zu verhindern und dadurch das Haftvermögen der Verbindung zu verbessern, die schließlich gebildet wird.
In einem bevorzugten Vorbereitungsvorgang werden die inneren Oberflächen 26 der Metallstruktur 16 zuerst unter Verwendung einer sauberen, nicht appretierten Gaze sauber gewischt, die mit irgendeinem passenden Lösemittel wie Isopropylalkohol oder Aceton in Reagenzqualität befeuchtet wird. Nach dem Wischen können die inneren Oberflächen entweder bei Umgebungstemperatur luftgetrocknet werden oder bei einer höchsten Temperatur von 121ºC (250ºF) im Ofen getrocknet werden. Die Trocknungszeit sollte für die Entfernung jeder Spur des Reinigungslösemittels ausreichen, das für den Bindungsvorgang schädlich sein kann.
Danach werden die inneren Oberflächen 26 unter Verwendung einer Säureätzlösung aus Eisenchlorid geätzt, um alle Oxide von den Oberflächen zu entfernen und eine frische Oberfläche für die Bindung zu liefern. Vor dem Auftragen der Ätzlösung wird die metallische Struktur 16 in eine alkalische Reinigungslösung getaucht wie eine Lösung, die ein alkalisches Reinigungsmittel umfaßt, das unter dem Handelsnamen Blue Gold Industrial Cleaner verkauft wird, oder ein gleichwertiges alkalisches Reinigungsmittel der Konzentration von 37,45 kg/m³ (5 Unzen pro Gallone). Die metallische Struktur wird mindestens 5 Minuten lang in die Lösung ein getaucht. Die Lösung wird vorzugsweise bei einer Temperatur im Bereich von 49ºC (120ºF) bis 71ºC (160ºF) gehalten. Nach dem Entfernen aus der alkalischen Reinigungslösung wird die metallische Struktur 16 20 bis 40 Sekunden lang in kaltem Wasser gespült.
Das Ätzen der inneren Oberflächen 26 der metallischen Struktur wird durchgeführt, indem die metallische Struktur in eine Säureätzlösung aus Eisenchlorid getaucht wird. Die Ätzlösung kann hergestellt werden, indem 302,4 Liter (80 Gallonen) Salzsäure bereitgestellt werden und wasserfreies Eisenchlorid in geringen Mengen zugegeben wird und die Temperatur des Mischtanks unter 49ºC (120ºF) gehalten wird. Nachdem die Lösung auf etwa 32ºC (90ºF) abgekühlt ist, werden 7,56 Liter (2 Gallonen) Salpetersäure und 41,6 Liter (11 Gallonen) Wasser zugegeben. Der Ätzvorgang wird vorzugsweise 14 bis 16 Minuten lang bei Zimmertemperatur durchgeführt. Wenn nötig, können die inneren Oberflächen 26 vor dem Ätzbeginn bei einem Druck von 0,14 MPa (20 psi) abgeschliffen oder mit Aluminiumoxid einer Siebgröße von 240 strahlgeputzt werden.
Nach dem Ende des Ätzvorgangs wird die metallische Struktur 20 bis 40 Sekunden lang im kalten Wasser gespült und dann mit kaltem Druckwasser gespült. Die Oberflächen 26 werden dann auf Schmutz und andere schadende Teilchen untersucht. Wenn Schmutz oder andere schadende Teilchen gefunden werden, werden sie mit einem passenden Wischer vorzugsweise händisch entfernt. Danach wird die metallische Struktur einem weiteren Druckwasserspülen mit kaltem Wasser unterzogen. Nach dem Spülen wird die metallische Struktur 16 vorzugsweise in einen Ofen gestellt und für eine Zeitspanne im Bereich von 14 bis 16 Minuten bei einer Temperatur im Bereich von 60ºC (140ºF) bis 71ºC (160ºF) getrocknet.
Als letzter Vorbereitungsschritt werden die inneren Oberflächen 26 grundiert, um die Oxidation der Oberflächen zu verhindern und die Bindung zu verbessern. Der Grundiervorgang umfaßt das Aufbringen einer Epoxyharzlösung mit einem unlöslichen Korrosionsschutzmittel wie Strontiumchromat auf die inneren Oberflächen 26. Jede passende im Fach bekannte Technik kann verwendet werden, um die Grundierungslösung des Epoxyharzes auf die Oberflächen 26 aufzubringen. Die Grundierung muß bei passenden Bedingungen (wie 30 Minuten unter Luft bei 121ºC (250ºF)) gehärtet werden.
Nachdem die Behandlung der Oberflächenvorbereitung beendet worden ist, wird die metallische Struktur 16 über den Teil der Vorderkante der Kernstruktur 12 gestellt, wobei die inneren Oberflächen 26 der metallischen Struktur das fluoroelastomere Haftmaterial 14 berühren. Die gesamte Verbundstruktur wird dann in eine Form wie eine Druckform (nicht gezeigt) gestellt und für eine Zeitspanne von 30 Minuten Hitze und Druck unterworfen, um Cohärtung des Epoxy/Graphitmaterials, das die Kernstruktur 12 bildet, und des fluoroelastomeren Haftmaterials 14 zu bewirken und eine verhältnismäßig starke Bindung zwischen den geätzten und grundierten inneren Oberflächen 26 der metallischen Struktur 16 und dem fluoroelastomeren Haftmaterial 14 zu erzeugen. Der Druck, der auf die Verbundstruktur angewendet wird, sollte vorzugsweise im Bereich von 0,7 MPa (100 psi) bis 7 MPa (1000 psi) liegen. Die Temperatur, die auf die Verbundstruktur in der Form angewendet wird, sollte 182ºC (360ºF) nicht übersteigen. Typischerweise wird während der Cohärtung und dem Bindungsprozeß eine Temperatur von etwa 177ºC (350ºF) verwendet.
Es wurde entdeckt, daß die Verbindung der Reinigungs-, Ätz- und Grundierungsschritte, die auf der metallischen Struktur 16 durchgeführt werden, für das Erlangen einer erfolgreichen Bindung während dem Formgebungsprozeß entscheidend sind. Es wurde ebenfalls entdeckt, daß die Cohärtung des Kernstrukturmaterials und des fluoroelastomeren Haftschichtmaterials den Bedarf an Sekundärbindungsmaßnahmen tilgt. Als Folge davon verringern sich die Kosten der Herstellung der Verbundstruktur stark. Das Endergebnis des Verfahrens der vorliegenden Erfindung ist eine auf der Vorderkante einer Verbundstruktur wie eine Leitschaufel eines Gebläseausgangs gut gebundene Metallhülle, die den Schutz gegen Erosion und Schaden durch Fremdkörper verbessert.
Es ist in der Industrie seit einiger Zeit bekannt, daß Verbindungen mit rostfreiem Stahl sehr schwierig herzustellen sind. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung erlaubt die Bindung an rostfreie Stahlmaterialien wie AMS 5510 und die Ausbildung von Haftvermögen im Bereich von etwa 0,63- 2,19 N/mm Dicke (20-70 Pfund/Inch Dicke), wobei Fehler hauptsächlich in der VITON Haftschicht auftreten.
Es wurde entdeckt, daß eine Vorderkante, die unter Verwendung eines rostfreien Stahlmateriales wie AMS 5510 gebildet wird, besonders vorteilhaft ist. Das wurde unter Verwendung einer ballistischen Untersuchung für kleine Teilchen gezeigt. In dieser Untersuchung wurden Stahlkugellager mit 0,32 cm (0,125 Inch) Durchmesser auf die Vorderkante der Leitschaufeln eines Gebläseausgangs geschossen, die entweder eine 0,03 cm (0,012 Inch) dicke Drahtgittervorderkante oder eine 0,025 cm (0,010 Inch) dicke rostfreie Stahlvorderkante aufwiesen. Fig. 3 zeigt die Verbesserung der Schlagfestigkeit gegen kleine Teilchen, die die rostfreie Stahlvorderkante im Vergleich zur Drahtgittervorderkante liefert. Die Drahtgittervorderkante wurde mit Teilchenenergien von 0,35 Nm (0,25 Fuß-Pfund) durchschlagen. Die rostfreie Stahlvorderkante wurde ohne Durchschlagen mit Teilchen beschossen, die Energieniveaus bis zu 0,83 Nm (0,6 Fuß-Pfund) aufwiesen. Die rostfreie Stahlvorderkante liefert im Vergleich mit einer Drahtgittervorderkante bei einer Energie von 0,35 Nm (0,25 Fuß-Pfund) eine Verringerung von etwa 40% der Lochtiefe. Wichtiger als die Lochtiefe ist, daß die rostfreie Stahlvorderkante im Vergleich zur Drahtgittervorderkante einen Gewinn von mehr als 140% der Energie zeigte, die zum Durchschlagen erforderlich war.
Um die verbesserten Haftvermögen zu beweisen, die unter Verwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung erreichbar sind, was der geschmeidigen Eigenart des fluoroelastomeren Films zuzuschreiben ist, wurde eine Anzahl von Testproben aus Verbundmaterial von der Vorderkante der Leitschaufeln eines Gebläseausgangs aus der Form entfernt. Jede Testprobe bestand aus einer Verbundstruktur mit einem Epoxy/Graphitkernmaterial in ungehärtetem Zustand, einer dazwischenliegenden Schicht aus einem VITON Haftmaterial in ungehärtetem Zustand, und einer Schicht aus AMS 5510 rostfreiem Stahlmaterial in ungehärtetem Zustand, das dem Vorbereitungsvorgang unterworfen wurde, wie hier oben beschrieben wurde, die über die Schicht des Haftmaterials gestellt wurde. Jede Testprobe wurde in eine Druckform einer Leitschaufel gestellt und 30 Minuten lang einem Druck von 35 MPa (500 psi) und einer Temperatur von 177ºC (350ºF) unterworfen, um das Kernmaterial und das VITON Haftmaterial cozuhärten und die rostfreie Stahlschicht an die VITON Materialschicht zu binden.
Mehrere der Testproben wurden unterschiedlichen Bedingungen ausgesetzt. Eine Testprobe wurde Feuchtigkeitsbedingungen ausgesetzt (60ºC (140ºF) /95% relative Feuchte/ 14 Tage). Zwei Testproben wurden 500 Stunden lang bei 121ºC (250ºF) gealtert. Weitere zwei Testproben wurden 100 Hitzezyklen bei Temperaturen im Bereich von -18ºC (0ºF) bis 121ºC (250ºF) unterworfen. Danach wurde das Haftvermögen jeder Probe nach ASTM D3167 bestimmt. Es wurde entdeckt, daß: die Testproben nach der Herstellung bei 24ºC (75ºF) ein Haftvermögen im Bereich von 0,5 bis 1,00 N/mm (16 bis 32 Pfund/Inch) Dicke aufwiesen; die Testprobe für Feuchtigkeit bei 24ºC (75ºF) ein Haftvermögen von 1,44 N/mm (46 Pfund/Inch) Dicke aufwies; die gealterten Testproben bei 24ºC (75ºF) Haftvermögen von 0,85 N/mm (27 Pfund/Inch) Dicke und 1,29 N/mm (41 Pfund/Inch) Dicke aufwiesen; und die den Zyklen unterworfenen Testproben bei 24ºC (75ºF) Haftvermögen von 0,65 N/mm (18 Pfund/Inch) Dicke und 0,66 N/mm (21 Pfund/Inch) Dicke aufwiesen.
Die Untersuchung zeigte ebenfalls, daß die Ermüdungsbeständigkeit der Verbundleitschaufeln eines Gebläseausgangs mit einer rostfreien Stahlvorderkante, die nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung gebildet wurden, größer ist, als die von Verbundleitschaufeln eines Gebläseausgangs, die gemäß dem Stand der Technik und mit einer Drahtgittervorderkante gebildet wurden. Während die Kernstruktur 12 bevorzugt in einem ungehärteten oder hauptsächlich ungehärtetem Zustand sein soll, kann das Verfahren der vorliegenden Erfindung auch mit einem gehärteten Kernmaterial wie einem gehärtetem Graphit/Epoxymaterial durchgeführt werden.
Während das Verfahren der vorliegenden Erfindung in dem Zusammenhang beschrieben wurde, daß eine Vorderkante auf einer Tragflächenstruktur befestigt wird, sollte anerkannt werden, daß das Verfahren in allgemeinen Anwendungen der Verbindung von Metall und Verbundmaterial verwendet werden könnte und daher nicht auf die hier gezeigten Anwendungsformen beschränkt werden sollte. Es ist ebenso auf andere Metalle (Titan, Aluminium, Nickel) mit angemessenen Oberflächenvorbereitungen für die Haftverbindung anwendbar. Es sollte ebenso anerkannt werden, daß das Verfahren sowohl in Herstellungsprozessen für Originalausrüstung wie auch in Reparaturprozessen verwendet werden kann.

Claims

1. Verfahren zur Bereitstellung einer Verbundstruktur, die Schritte umfassend:

Bereitstellung einer Kernstruktur in einem ungehärteten Zustand, aus einem nichtmetrischen Verbundmaterial gebildet;

Auftragen eines fluoroelastomeren Films in einem ungehärteten Zustand auf Oberflächenteile der Kernstruktur;

Stellen einer metallischen Struktur über einen Teil der Kernstruktur, wobei die Oberflächen der metallischen Struktur den fluoroelastomeren Film berühren; und

Formen der Gesamtheit von Kernstruktur, fluoroelastomeren Film und Metallstruktur unter Hitze- und Druckbedingungen in einer Zeitspanne, die zur Cohärtung des fluoroelastomeren Films und der nichtmetallischen Kernstruktur ausreicht, und um eine Bindung zwischen dem fluoroelastomeren Film und den Oberflächen der metallischen Struktur auszubilden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, desweiteren umfassend:

Aktivierung der Oberflächen der Metallstruktur vor dem Aufstellungsschritt;

wobei der Aktivierungsschritt das Reinigen der Oberflächen und das Ätzen der Oberflächen umfaßt, um unerwünschte Oxide und andere schadende Materialien zu entfernen, wobei der Reinigungsschritt durch das Abwischen der Oberflächen mit Lösemittel durchgeführt wird; und

der Aktivierungsschritt desweiteren das Grundieren der Oberflächen umfaßt, indem eine Epoxyharzlösung mit einem unlöslichen Korrosionsschutzmittel auf die Oberflächen aufgetragen wird, hauptsächlich um die Bildung unerwünschter Oxide zu verhindern und die Bindungseigenschaften der Oberflächen zu verbessern.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Ätzschritt das Ätzen der Oberflächen der metallischen Struktur in einer Säureätzlösung aus Eisenchlorid umfaßt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei:

der Schritt der Bereitstellung der Kernstruktur die Bereitstellung einer Verbundstruktur aus einem Graphit/Epoxymaterial in einem ungehärteten Zustand umfaßt;

der Schritt des Filmauftragens das Auftragen eines fluoroelastomeren Films aus einem Copolymerisat aus Vinylidenfluorid und Hexafluoropropylen in einem ungehärteten Zustand auf die Oberflächenteile der Kernstruktur umfaßt; und

der Schritt des Aufstellens der metallischen Struktur das Stellen einer Vorderkantenstruktur aus einer Legierung beruhend auf Eisen oder einer Legierung beruhend auf Nickel über einen Teil einer Vorderkante der Kernstruktur umfaßt.

5. Verfahren zur Reparatur oder Herstellung einer Leitschaufel eines Gebläseausgangs, umfassend:

Bereitstellung einer Kernstruktur aus einem gehärteten Graphit/Epoxymaterial oder einem Graphit/Epoxymaterial;

Auftragen eines fluoroelastomeren Films oder eines Haftfilms beruhend auf einem ungehärteten Copolymerisat aus Vinylidenfluorid und Hexafluoropropylen auf die Oberflächenteile der Kernstruktur;

Stellen einer Vorderkantenstruktur aus Metall oder rostfreiem Stahl über die Vorderkantenteile der Kernstruktur, die mit dem fluoroelastomeren Material bedeckt ist; und

Cohärten der Kernstruktur und des fluoroelastomeren Materials und Binden der Vorderkantenstruktur an die Kernstruktur, indem die Kernstruktur mit dem fluoroelastomeren Material und der darüberliegenden Vorderkantenstruktur in eine Form gestellt wird und Hitze und Druck für eine Zeitspanne angewendet wird, die ausreicht, um das Cohärten und das Binden zu bewirken.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Schritt des Aufstellens der Vorderkantenstruktur das Aufstellen einer Vorderkantenstruktur aus rostfreiem Stahl über den Vorderkantenteil der Kernstruktur umfaßt; und

das Verfahren zur Reparatur und zur Herstellung desweiteren die Vorbehandlung der Vorderkantenstruktur aus rostfreiem Stahl umfaßt, bevor sie über den Vorderkantenteil der Kernstruktur gestellt wird, indem die Oberflächen der Vorderkantenstruktur aus rostfreiem Stahl, die später die Kernstruktur berühren, mit einer Isopropylalkohollösung abgewischt werden, die Vorderkantenstruktur aus rostfreiem Stahl in einer Ätzlösung aus Eisenchlorid bei Zimmertemperatur für eine Zeitspanne im Bereich von 14 bis 16 Minuten geätzt wird und die Oberflächen danach mit einer Epoxyharzlösung mit einem unlöslichen Korrosionsschutzmittel grundiert werden.

7. Verfahren nach jedem der vorangegangenen Ansprüche 1 oder 5, oder 7, wobei der Schritt des Cohärtens und Bindens die Anwendung einer Temperatur von bis zu 182ºC und eines Druckes von 0,7 MPa bis 7 MPa (7 kg/cm² bis 70 kg/cm²) für eine Zeitspanne von bis zu 30 Sekunden umfaßt.

8. Verbundgegenstand, umfassend:

eine Kernstruktur 12 aus einem nichtmetallischem Verbundmaterial 10 gebildet;

ein fluoroelastomeres Filmmaterial 14, das über einem Teil der Kernstruktur liegt;

wobei das fluoroelastomere Filmmaterial eine Härtungstemperatur im wesentlichen nahe der Härtungstemperatur der Kernstruktur aufweist; und

eine metallische Struktur 16, die über dem fluoroelastomeren Filmmaterial liegt.

9. Verbundgegenstand nach Anspruch 8, wobei die Kernstruktur und das fluoroelastomere Filmmaterial jeweils eine Härtungstemperatur von etwa 177ºC aufweisen.

10. Verbundgegenstand nach Anspruch 10, wobei die Kernstruktur aus einem Graphit/Epoxyverbundmaterial in einem ungehärtetem oder hauptsächlich ungehärteten Zustand gebildet wird, und das fluoroelastomere Filmmaterial aus einem Material beruhend auf einem Copolymerisat aus Vinylidenfluorid und Hexafluoropropylen in einem gehärteten oder ungehärteten Zustand gebildet wird.

11. Verbundgegenstand nach Anspruch 12, wobei die metalli sche Struktur aus einer Legierung beruhend auf Eisen, aus rostfreiem Stahl oder aus einer Legierung beruhend auf Nickel gebildet wird.

12. Verbundgegenstand nach Anspruch 10, wobei der Gegenstand eine Tragfläche umfaßt und die metallische Struktur eine Vorderkante 18 für die Tragfläche bildet.

13. Verbundgegenstand nach Anspruch 10, wobei die Kernstruktur und das fluoroelastomere Filmmaterial cogehärtet werden.