EP0375914A1 - Verfahren zum Beschichten von Formteilen aus Faserverbundwerkstoffen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten von Formteilen, insbesondere von Rohren oder Behältern, aus Faserverbundwerkstoffen mit ggf. hochschmelzenden Werkstoffen wie Metall, Keramik oder Kombinationen dieser Werkstoffe mittels Plasmaspritzen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Beschichtungsverfahren der gattungsgemäßen Art anzugeben, mit dem ohne Beeinträchtigung der Formbeständigkeit und der Festigkeit Formteile aus beliebigen Faserverbundwerkstoffen mit einer Vielzahl unterschiedlicher hochschmelzender Werkstoffe wie Metalle, keramische Werkstoffe sowie deren Kombinationen bei hoher Haftfestigkeit beschichtet werden können. Die Lösung ist dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Plasmaspritzen das Formteil aufgerauht, gereinigt und abgekühlt und daß während des Plasmaspritzens die zu beschichtende Oberfläche des Formteils auf eine Temperatur unterhalb des Glasumwandlungspunktes gekühlt wird und daß die Kühlung von einem oder mehreren den Plasmastrahl einhüllenden Kühlgasströmen, z. B. aus CO2 und/oder Argon und Stickstoff, bewirkt wird.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten von Formteilen, insbesondere von Rohren oder Behältern, aus Faserverbundwerkstoff mit hochschmelzenden Werkstoffen wie Metall, Keramik oder Kombinationen dieser Werkstoffe gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
• Aus der DE-PS 31 36 283 ist ein Verfahren zum Bedampfen der Oberfläche kohlefaserverstärkter Kunststoffteile z. B. mit Aluminium bekannt, bei dem im Zuge der Vorbehandlung die Kunststoffmatrix so weit abgetragen wird, bis die Kohlefa­sern teilweise freigelegt sind. Dadurch erhält man eine gute Haftung zwischen dem Kunststoffteil und dem aufge­dampften Metall. Die Anwendung dieses Verfahrens ist jedoch auf eine relativ geringe Zahl metallischer Werkstoffe be­grenzt.
• Aus DE-OS 35 27 912 ist ein Verfahren bekannt, bei dem auf einem Formteil aus Faserverbundwerkstoff unter Verwendung von Phenolformaldehyd als Matrixmaterial plasmagespritzte Beschichtungen aufgetragen werden. Allerdings ist der Anwendungsbereich dieses Verfahrens sehr eingeschränkt, da mit dem vorgeschlagenen Matrixmaterial nur Formteile mit geringen Anforderungen an die Festigkeit sowie an die Dehn­fähigkeit hergestellt werden können. In dieser Druckschrift wird darauf hingewiesen, daß andere Matrixmaterialien ver­sagt hätten, da sie sich chemisch zersetzen und ihr Volumen ändern.
• In der EP-PS 0 124 432 ist ein Verfahren zur Beschichtung eines Werkstücks mittels Plasmastrahls beschrieben, bei dem man das Werkstück mit Hilfe eines Flüssiggases kühlt. Damit sollen auch Materialien beschichtet werden können, die bei über 120° C instabil werden. Andererseits haben z. B. Faserverbundwerkstoffe eine relativ geringe Wärmeleitfahig­keit, so daß die Gefahr örtlicher Überhitzungen besteht, die die Formbeständigkeit und die Festigkeit von Werkstücken aus derartigen Stoffen beeinträchtigen können.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Beschichtungsverfahren der gattungsgemäßen Art anzugeben, mit dem ohne Beeinträchtigung der Formbeständigkeit und der Festigkeit Formteile aus beliebigen Faserverbundwerkstoffen mit einer Vielzahl unterschiedlicher hochschmelzender Werk­stoffe wie Metalle, keramische Werkstoffe sowie deren Kom­binationen bei hoher Haftfestigkeit beschichtet werden kön­nen.
• Für die Lösung dieser Aufgabe werden die im Kennzeichen von Patentanspruch 1 genannten Maßnahmen vorgeschlagen. Die hierauf bezogenen Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen dieser Maßnahmen.
• Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können Formteile aus Faserverbundwerkstoff außer mit Metallen wie Al, Cu, Ni, Co, NiCrBSi-Legierungen, auch mit keramischen oder metall­keramischen Werkstoffen wie Al₂, O₃/TiO₂, ZrO₂/Y₂O₃ sowie karbidischen Werkstoffen wie WC/Co, die im Vergleich zu Faserverbundwerkstoffen mit einer Kunststoffmatrix sehr hohe Schmelztemperaturen von bis zu über 3000° C haben, be­schichtet werden.
• Das Verfahren läßt sich für Verbundwerkstoffe mit allen gängigen 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. Sowohl bei Hohlkörpern als auch bei plattenförmigen Formteilen wird eine hohe Haft­festigkeit der Schichten erzielt. Die Schichtdicken können von etwa 50 µm bis zu einigen 100 µm betragen, ohne daß sich Spannungen in der Übergangszone zwischen Faserverbund- und Beschichtungswerkstoff aufbauen.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden erläutert:
• 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 Edelkorund behandelt und anschließend mit CO₂ bei 60 bar abgeblasen, um lose Partikel zu entfernen. Dabei kühlt sich das Formteil unter die Raumtemperatur ab.
• Wahrend des Plasmaspritzens wird auf dieselbe Weise weitergekühlt, indem die Innen- und Außenfläche des Spalt­topfes mittels CO₂-Gasstrahlen, die bei einem Druck von 60 bar aus einer Vielzahl von Düsen austreten, beaufschlagt wird. Der Plasmastrahl wird von einem Kühlgasstrom aus Ar­gon und einem weiteren Kühlgasstrom aus CO₂ eingehüllt. Da­durch bleibt die beschichtete Innenfläche unterhalb der Glasumwandlungstemperatur des Kunststoffs von ca. 150° C, so daß keine thermischen Zersetzungserscheinungen und damit verbundene Volumenänderungen der Matrix des Faserverbund­werkstoffs auftreten. Während des Plasmaspritzens werden der Plasmastrahl und das Formteil gegeneinander bewegt.
• In entsprechender Weise können die Außenflächen von derar­tigen Hohlkörpern oder auch plattenförmige. Formteile be­schichtet werden. Das Plasmaspritzen wird im Regelfall in atmosphärischer Umgebung durchgeführt. Je nach Art des zu spritzenden Werkstoffes können auch artverwandte Plasma­spritzverfahren wie Vakuum-Plasmaspritzen eingesetzt wer­den.

Claims (3)

1. Verfahren zum Beschichten von Formteilen, insbesondere von Rohren oder Behältern, aus Faserverbundwerkstoffen mit ggf. hochschmelzenden Werkstoffen wie Metall, Keramik oder Kom­binationen dieser Werkstoffe mittels Plasmaspritzen, da­durch gekennzeichnet, daß vor dem Plasmaspritzen das Form­teil aufgerauht, gereinigt und abgekühlt und daß während des Plasmaspritzens die zu beschichtende Oberfläche des Formteils auf eine Temperatur unterhalb des Glasumwand­lungspunktes gekühlt wird und daß die Kühlung von einem oder mehreren den Plasmastrahl einhüllenden Kuhlgasströmen, z. B. aus CO₂ und/oder Argon und Stickstoff, bewirkt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu­sätzlich die der zu beschichtenden Oberfläche abgewandte Seite des Formteils gekühlt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlung mittels einer Vielzahl von aus Düsen austretender Gasstrahlen, die den Plasmastrahl umgeben, durchgeführt wird.