EP0911426A1 - Herstellung von Formteilen - Google Patents

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EP0911426A1
EP0911426A1 EP98120105A EP98120105A EP0911426A1 EP 0911426 A1 EP0911426 A1 EP 0911426A1 EP 98120105 A EP98120105 A EP 98120105A EP 98120105 A EP98120105 A EP 98120105A EP 0911426 A1 EP0911426 A1 EP 0911426A1
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EP
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thermal spraying
gas
layer
base body
spraying
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EP98120105A
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EP0911426B1 (de
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Peter Dipl.-Ing. Heinrich
Heinrich Professor Dr.-Ing. Kreye
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Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/18—After-treatment
    • C23C4/185—Separation of the coating from the substrate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/02—Coating starting from inorganic powder by application of pressure only
    • C23C24/04—Impact or kinetic deposition of particles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying

Definitions

  • the invention relates to a method for producing molded parts.
  • molded parts or moldings are very different Geometry needed. The requirements for the properties of the molded parts are included differently. The production of molded parts is particularly difficult made of or with difficult to form materials.
  • the present invention is based on the object of a method for the production to show of molded parts, which simplifies the manufacture of molded parts, cheaper or made possible at all and / or which contributes significantly to that To improve the quality and properties of molded parts.
  • the Manufacture of molded parts from or with difficult to form materials become.
  • the object is achieved in that a base body by thermal Spraying is coated, a powdery filler material by means of a Gas is passed to the surface of the base body to be coated without the powder particles of the filler material are melted in the gas jet.
  • Thermal spraying for coating is known as autogenous as process variants Flame spraying or high-speed flame spraying, arc spraying, plasma spraying, detonation spraying and laser spraying.
  • Thermal spray processes are essentially characterized in that they enable evenly applied coatings.
  • Coatings can be applied by varying the spray materials can be adapted to different requirements.
  • the spray materials can be processed in the form of wires, rods or as powder. With thermal In addition, thermal post-treatment can be provided for spraying.
  • An essential feature of the invention is that the powder particles of Filler material in the gas jet should not be melted.
  • the aim is to have the powder particles of the filler material in the Do not melt the gas jet (i.e. convert it completely into the liquid phase) that but is not aimed that the powder particles of the filler in Gas jet as a mixture of on and / or unmelted particles and on the other hand, composed of molten particles.
  • the powder particles of the filler material should not be melted in the gas jet
  • the present invention also mean that the particles in the gas jet essentially not be melted.
  • the cold gas spray process has compared to conventional processes of thermal spraying has a number of advantages.
  • the thermal action and The effect of force on the surface of the substrate material is reduced, as a result unwanted changes in the material properties of the substrate material can be prevented or at least significantly reduced. You can also changes in the structure of the substrate material are largely prevented.
  • a base body can be sprayed on by a layer or a layer Coating reinforced to a desired thickness using the cold spray process become.
  • Relatively thin base bodies e.g. a relatively thin walled after A molded part produced by a conventional method as a starting material be used. This body is then sprayed on same or different material on the inside and / or the outside reinforced to the necessary thickness. Special advantages can be achieved if the Base body has a smaller thickness than that by thermal spraying sprayed layer. This variant facilitates the manufacture of molded parts or with materials that are difficult to form.
  • Moldings made of easily plastically deformable are also suitable as base bodies Material, for example copper, aluminum or alloys containing them.
  • the Base bodies can be relatively thin, for example in the range from 0.1 to 10 mm, preferably 0.5 to 5.0 mm. After spraying a particularly heavy malleable material by means of the cold spray process can then Molded articles, for example mechanically or chemically by dissolving, be removed from the sprayed-on layer. In this case, only that Spray layer the desired molded part.
  • This method supports in particular Dimensions the production of molded parts from or with difficult to form materials.
  • a raw body according to one of the possibilities described above or produced by a combination.
  • This raw body does not have to have the desired shape of the molded part to be produced, on the contrary, e.g. consist of a flat sheet metal body.
  • the workpiece can (the coated raw or basic body or just the layer) in one or several of the known forming processes (drawing, deep drawing, rolling, pressing and the like) are processed further. This is how you finally get that desired molding.
  • the advantage of this variant is that sprayed sheets or raw bodies are very fine-grained and practically texture-free. Your deformation takes place therefore very uniform and allows higher degrees of deformation than with sheet metal were produced by annealing or rolling.
  • the gas for thermal spraying can be nitrogen, helium, Argon, neon, krypton, xenon, a gas containing hydrogen, a carbon-containing one Gas, especially carbon dioxide, oxygen, an oxygen-containing Contain gas, air, hydrogen or mixtures of the aforementioned gases.
  • gases air and / or helium known from EP 0 484 533 B1 are suitable nitrogen, argon, also for the gas carrying the powdered filler material, Neon, krypton, xenon, oxygen, a gas containing hydrogen, a carbon-containing one Gas, especially carbon dioxide, hydrogen or mixtures of the aforementioned gases and mixtures of these gases with helium.
  • the proportion of helium of the total gas can be up to 90% by volume. A helium content of 10 to 50 vol .-% observed in the gas mixture.
  • the so produced Layers adhere very well to a wide variety of substrate materials, for example on metal, metal alloys, ceramics, glass, plastics and composite materials.
  • the coatings produced using the method according to the invention are of high quality, have an extremely low porosity and possess extremely smooth spray surfaces, so that there is usually no need for reworking.
  • the gases used according to the invention have a sufficient density and Speed of sound to the required high speeds of the powder particles to be able to guarantee.
  • the gas can be inert and / or reactive gases contain. With the gases mentioned is the production of very dense and special uniform coatings possible, which is also due to their hardness and distinguish strength.
  • the layers have extremely low oxide contents. They have no or at least no pronounced texture, i.e. There is none Preferred orientation of the individual grains or crystals.
  • the substrate also becomes not heated by a flame or a plasma, so no or only extreme minor changes to the base body and no distortion of workpieces due to thermal stress due to thermal spraying.
  • the gas jet can be heated to a temperature in the range between 30 and 800 ° C are, all known powdery spray materials are used can.
  • the invention is particularly suitable for wettable powders made of metals, metal alloys, Hard materials, ceramics and / or plastics.
  • the temperature of the gas jet selected between 300 and 500 ° C.
  • These gas temperatures are particularly suitable for the use of reactive gases or reactive Gas components.
  • reactive gas or gas components are in particular Hydrogen admixtures, carbon-containing gases or nitrogenous gases mention.
  • a gas jet with a pressure of 5 to 50 bar used. Above all, working with higher gas pressures brings additional Advantages because the energy transfer in the form of kinetic energy is increased. It gas pressures in the range from 21 to 50 bar are particularly suitable. Outstanding Spray results were achieved, for example, with gas pressures of around 35 bar.
  • the High pressure gas supply can, for example, by the in the German patent application DE 197 16 414.5 described method or the one described there Gas supply system can be ensured.
  • the powder particles can run at one speed can be accelerated from 300 to 1600 m / s. Suitable in the process according to the invention speeds of the powder particles between 1000 and 1600 m / s, particularly preferably between 1250 and 1600 m / s, since in this case the Energy transfer in the form of kinetic energy is particularly high.
  • the powders used in the process according to the invention preferably have Particle sizes from 1 to 100 ⁇ m.
  • the method according to the invention offers the possibility in connection with a Automation and with computer-controlled movement of the base body or Spray gun to produce molded parts particularly quickly and inexpensively (rapid prototyping).
  • a shaped sheet 1 is shown in FIG. 1 in FIG. This sheet1 is applied a layer 2 by thermal spraying using the cold gas spraying method.
  • the sheet 1 has a smaller thickness than the sprayed-on layer 2.
  • the molding obtained in this way in Figure B consists of base body 1 (sheet metal) and Spray layer 2.
  • a molded body 1 made of a copper sheet is shown in FIG. After this Applying a thermal spray layer 2 as shown in Figure B, the copper sheet 1 mechanically detached from layer 2. The molded part obtained in this way is shown in Figure C. only from the spray layer 2.
  • the initially unshaped raw body or sheet 1 from Figure A of Figure 3 is provided with a layer 2 by thermal spraying using the cold gas spraying method (Picture B).
  • the workpiece consisting of the spray layer 2 is made according to a conventional Forming process deforms and receives, as shown in Figure D, on this Way its desired shape as a molding.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen. Dabei wird ein Grundkörper durch thermisches Spritzen beschichtet, wobei ein pulverförmiger Zusatzwerkstoff mittels eines Gases auf die zu beschichtende Oberfläche des Grundkörpers geleitet wird, ohne daß die Pulverpartikel des Zusatzwerkstoffes im Gasstrahl geschmolzen werden. Der Grundkörper kann durch das Aufspritzen der Beschichtung auf eine gewünschte Dicke verstärkt werden. Es besteht auch die Möglichkeit, daß der Grundkörper, nachdem die Schicht durch thermisches Spritzen aufgespritzt worden ist, von dieser Schicht entfernt wird. Die Erfindung eignet sich insbesondere zur Herstellung von Formteilen aus schwer formbaren Werkstoffen und/oder zur besonders raschen und kostengünstigen Herstellung von Formteilen in Verbindung mit einer Automatisierung und mit computergesteuerter Bewegung des Grundkörpers oder der Spritzpistole.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen.
In der industriellen Fertigung werden Formteile bzw. Formkörper unterschiedlichster Geometrie benötigt. Die Anforderungen an die Eigenschaften der Formteile sind dabei unterschiedlich. Besondere Schwierigkeiten bereitet die Herstellung von Formteilen aus bzw. mit schwer formbaren Werkstoffen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen aufzuzeigen, welches die Herstellung von Formteilen vereinfacht, verbilligt oder überhaupt erst ermöglicht und/oder welches wesentlich dazu beiträgt, die Qualität und die Eigenschaften von Formteilen zu verbessern. Insbesondere sollte die Herstellung von Formteilen aus bzw. mit schwer formbaren Werkstoffen ermöglicht werden.
Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein Grundkörper durch thermisches Spritzen beschichtet wird, wobei ein pulverförmiger Zusatzwerkstoff mittels eines Gases auf die zu beschichtende Oberfläche des Grundkörpers geleitet wird, ohne daß die Pulverpartikel des Zusatzwerkstoffes im Gasstrahl geschmolzen werden.
Das thermische Spritzen zum Beschichten kennt als Verfahrensvarianten das autogene Flammspritzen oder das Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen, das Lichtbogenspritzen, das Plasmaspritzen, das Detonationsspritzen und das Laserspritzen.
Thermische Spritzverfahren werden in allgemeiner Form beispielsweise in
  • Übersicht und Einführung in das "Thermische Spritzen", Peter Heinrich, Linde-Berichte aus Technik und Wissenschaft, 52/1982, Seiten 29 bis 37,
    oder
  • Thermisches Spritzen - Fakten und Stand der Technik, Peter Heinrich, Jahrbuch Oberflächentechnik 1992, Band 48, 1991, Seiten 304 bis 327, Metall-Verlag GmbH,
    beschrieben.
Thermische Spritzverfahren zeichnen sich im wesentlichen dadurch aus, daß sie gleichmäßig aufgetragene Beschichtungen ermöglichen. Durch thermische Spritzverfahren aufgetragene Beschichtungen können durch Variation der Spritzmaterialien an unterschiedliche Anforderungen angepaßt werden. Die Spritzmaterialien können dabei in Form von Drähten, Stäben oder als Pulver verarbeitet werden. Beim thermischen Spritzen kann zusätzlich eine thermische Nachbehandlung vorgesehen sein.
In jüngerer Zeit wurde darüber hinaus ein weiteres thermisches Spritzverfahren entwickelt, welches auch als Kaltgasspritzen bezeichnet wird. Es handelt sich dabei um eine Art Weiterentwicklung des Hochgeschwindigkeits-Flammspritzens mit Pulver. Dieses Verfahren ist beispielsweise in der europäischen Patentschrift EP 0 484 533 B1 beschrieben. Beim Kaltgasspritzen kommt ein Zusatzwerkstoff in Pulverform zum Einsatz. Die Pulverpartikel werden beim Kaltgasspritzen jedoch nicht im Gasstrahl geschmolzen. Vielmehr liegt die Temperatur des Gasstrahles unterhalb des Schmelzpunktes der Pulverpartikel des Zusatzwerkstoffes (EP 0 484 533 B1) oder aber nur in geringem Maße oberhalb der Schmelztemperatur des Pulvers. Im Kaltgasspritzverfahren wird also ein im Vergleich zu den herkömmlichen Spritzverfahren "kaltes" bzw. ein vergleichsweise kälteres Gas verwendet. Gleichwohl wird das Gas aber ebenso wie in den herkömmlichen Verfahren erwärmt, aber lediglich auf Temperaturen unterhalb des Schmelzpunktes der Pulverpartikel des Zusatzwerkstoffes oder auf Temperaturen des Gasstrahles von 100 K bis zu 200 K oberhalb des Schmelzpunktes der Pulverpartikel des Zusatzwerkstoffes.
Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Pulverpartikel des Zusatzwerkstoffes im Gasstrahl nicht geschmolzen werden. Dies soll gemäß der Erfindung bedeuten, daß angestrebt wird, die Pulverpartikel des Zusatzwerkstoffes im Gasstrahl nicht aufzuschmelzen (d.h. völlig in die flüssige Phase zu wandeln), daß aber nicht angestrebt wird, daß sich die Pulverpartikel des Zusatzwerkstoffes im Gasstrahl als Mischung einerseits aus an- und/oder ungeschmolzenen Partikeln und andererseits aus geschmolzenen Partikeln zusammensetzen. Es kann allerdings dennoch gegebenenfalls vorkommen, daß (unbeabsichtigt) ein minimaler und vernachlässigbar kleiner Teil der Pulverpartikel aufgeschmolzen und nicht nur angeschmolzen wird (d.h. in flüssiger Phase vorliegt). Die Angabe, daß die Pulverpartikel des Zusatzwerkstoffes im Gasstrahl nicht geschmolzen werden, soll im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch bedeuten, daß die Partikel im Gasstrahl im wesentlichen nicht angeschmolzen werden. Dies kann dadurch sichergestellt werden, daß die Temperatur des Gasstrahles unterhalb des Schmelzpunktes der Pulverpartikel des Zusatzwerkstoffes liegt. Aber selbst bei Temperaturen des Gasstrahles von 100 K bis zu 200 K oberhalb des Schmelzpunktes der Pulverpartikel des Zusatzwerkstoffes kann aufgrund der extrem kurzen Verweilzeit der Partikel im Gasstrahl im Bereich von Millisekunden ein Schmelzen oder auch ein Anschmelzen der Pulverpartikel verhindert werden. Die Bedeutung der höheren Gastemperaturen bzw. der Vorteil der Erwärmung des Gases liegt darin, daß in heißeren Gasen die Schallgeschwindigkeit höher ist und dadurch auch die Partikelgeschwindigkeit vergleichsweise größer wird.
Das Kaltgasspritzverfahren besitzt gegenüber herkömmlichen Verfahren des thermischen Spritzens eine Reihe von Vorteilen. Die thermische Einwirkung und Kraftwirkung auf die Oberfläche des Substratwerkstoffes ist verringert, wodurch ungewollte Veränderungen der Materialeigenschaften des Substratwerkstoffes verhindert oder zumindest merklich verringert werden können. Ebenso können weitgehend Änderungen in der Struktur des Substratwerkstoffs unterbunden werden.
Überraschenderweise wurde nun festgestellt, daß die zahlreichen verfahrenstechnischen Möglichkeiten des thermischen Spritzens nach dem Kaltgasspritzverfahren für die Herstellung von Formteilen genutzt werden können. Durch die Möglichkeiten der Verwendung unterschiedliche Pulvermaterialien und Pulvermischungen eröffnet sich eine breite Palette für die Zusammensetzung von Formteilen.
Ein Grundkörper kann erfindungsgemäß durch Aufspritzen einer Schicht oder eines Überzugs mittels des Kaltspritzverfahrens auf eine gewünschte Dicke verstärkt werden. Dabei können relativ dünne Grundkörper, z.B. ein relativ dünnwandiges nach einem herkömmlichem Verfahren hergestelltes Formteil, als Ausgangsmaterial verwendet werden. Dieser Grundkörper wird anschließend durch Aufspritzen von gleichartigem oder unterschiedlichem Material auf der Innen- und/oder der Außenseite auf die notwendige Dicke verstärkt. Besondere Vorteile sind zu erzielen, wenn der Grundkörper eine geringere Dicke aufweist als die durch thermisches Spritzen aufgespritzte Schicht. Diese Variante erleichtert die Herstellung von Formteilen aus bzw. mit schwer formbaren Werkstoffen.
Es eignen sich als Grundkörper auch Formkörper aus leicht plastisch verformbarem Material, beispielsweise Kupfer, Aluminium oder diese enthaltenden Legierungen. Die Grundkörper können relativ dünn sein, beispielsweise im Bereich von 0,1 bis 10 mm, vorzugsweise 0,5 bis 5,0 mm. Nach dem Aufspritzen eines insbesondere schwer formbaren Materials mittels des Kaltspritzverfahrens kann anschließend der Formkörper, beispielsweise auf mechanischem Wege oder chemisch durch Auflösen, von der aufgespritzten Schicht entfernt werden. In diesem Fall bildet allein die Spritzschicht das gewünschte Formteil. Diese Methode unterstützt in besonderem Maße die Herstellung von Formteilen aus bzw. mit schwer formbaren Werkstoffen.
In einer weiteren Variante der Erfindung wird zunächst ein Rohkörper nach einem der oben beschrieben Möglichkeiten oder nach einer Kombination hergestellt. Dieser Rohkörper muß noch nicht die gewünschte Form des herzustellenden Formteils aufweisen, sondern kann im Gegenteil z.B. aus einem flachen Blechkörper bestehen. Nach dem Auftragen der Schicht durch thermisches Spritzen kann das Werkstück (der beschichtete Roh- oder Grundkörper oder nur die Schicht) in einem oder mehreren der bekannten Umformprozesse (Ziehen, Tiefziehen, Walzen, Pressen und dergleichen) weiter bearbeitet werden. Auf diese Weise erhält man schließlich das gewünschte Formteil. Der Vorteil dieser Variante liegt darin, daß gespritzte Bleche bzw. Rohkörper sehr feinkörnig und praktisch texturfrei sind. Ihre Verformung erfolgt daher sehr gleichmäßig und erlaubt höhere Verformungsgrade als bei Blechen, die durch Glühen oder Walzen hergestellt wurden.
Erfindungsgemäß kann das Gas für das thermische Spritzen Stickstoff, Helium, Argon, Neon, Krypton, Xenon, ein Wasserstoff enthaltendes Gas, ein kohlenstoffhaltiges Gas, insbesondere Kohlendioxid, Sauerstoff, ein Sauerstoff enthaltendes Gas, Luft, Wasserstoff oder Mischungen der vorgenannten Gase enthalten. Neben den aus der EP 0 484 533 B1 bekannten Gasen Luft und/oder Helium eignen sich auch für das den pulverförmigen Zusatzwerkstoff tragende Gas ein Stickstoff, Argon, Neon, Krypton, Xenon, Sauerstoff, ein Wasserstoff enthaltendes Gas, ein kohlenstoffhaltiges Gas, insbesondere Kohlendioxid, Wasserstoff oder Mischungen der vorgenannten Gase und Mischungen dieser Gase mit Helium. Der Anteil des Helium am Gesamtgas kann bis zu 90 Vol.-% betragen. Bevorzugt wird ein Heliumanteil von 10 bis 50 Vol.-% im Gasgemisch eingehalten.
Es hat sich gezeigt, daß durch den Einsatz von unterschiedlichen Gasen zum Beschleunigen und Tragen des pulverförmigen Zusatzwerkstoffes die Flexibilität und Wirksamkeit des Verfahrens wesentlich vergrößert werden kann. Die so hergestellten Schichten haften sehr gut auf den verschiedensten Substratwerkstoffen, beispielsweise auf Metall, Metallegierungen, Keramik, Glas, Kunststoffe und Verbundwerkstoffe. Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Beschichtungen sind von hoher Güte, weisen eine außerordentlich geringe Porosität auf und besitzen extrem glatte Spritzoberflächen, so daß sich in der Regel eine Nacharbeitung erübrigt. Die erfindungsgemäß eingesetzten Gase besitzen eine ausreichende Dichte und Schallgeschwindigkeit, um die erforderlichen hohen Geschwindigkeiten der Pulverpartikel gewährleisten zu können. Das Gas kann dabei inerte und/oder reaktive Gase enthalten. Mit den genannten Gasen ist die Herstellung von sehr dichten und besonders gleichmäßigen Beschichtungen möglich, welche sich außerdem durch ihre Härte und Festigkeit auszeichnen. Die Schichten weisen extrem geringe Oxidgehalte auf. Sie besitzen keine oder zumindest keine ausgeprägte Textur, d.h. es gibt keine Vorzugsorientierung der einzelnen Körner oder Kristalle. Das Substrat wird ferner nicht durch eine Flamme oder ein Plasma erwärmt, so daß keine oder nur extrem geringe Veränderungen am Grundkörper und auch kein Verzug von Werkstücken durch Wärmespannungen infolge des thermischen Spritzens auftreten.
Der Gasstrahl kann auf eine Temperatur im Bereich zwischen 30 und 800 °C erwärmt werden, wobei alle bekannten pulverförmigen Spritzmaterialien eingesetzt werden können. Die Erfindung eignet sich insbesondere für Spritzpulver aus Metallen, Metalllegierungen, Hartstoffen, Keramiken und/oder Kunststoffen.
In Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Temperatur des Gasstrahles im Bereich zwischen 300 und 500 °C gewählt. Diese Gastemperaturen eignen sich insbesondere für den Einsatz von reaktiven Gasen oder reaktiven Gasbestandteilen. Als reaktive Gas oder Gasbestandteile sind insbesondere Wasserstoffzumischungen, kohlenstoffhaltige Gase oder stickstoffhaltige Gase zu erwähnen.
In Weiterbildung der Erfindung wird ein Gasstrahl mit einem Druck von 5 bis 50 bar eingesetzt. Vor allem das Arbeiten mit höheren Gasdrucken bringt zusätzliche Vorteile, da die Energieübertragung in Form von kinetischer Energie erhöht wird. Es eignen sich insbesondere Gasdrücke im Bereich von 21 bis 50 bar. Hervorragende Spritzergebnisse wurden beispielsweise mit Gasdrucken von etwa 35 bar erzielt. Die Hochdruckgasversorgung kann beispielsweise durch das in der deutschen Patentanmeldung DE 197 16 414.5 beschriebene Verfahren bzw. die dort beschriebene Gasversorgungsanlage sichergestellt werden.
Im erfindungsgemäßen Verfahren können die Pulverpartikel auf eine Geschwindigkeit von 300 bis 1600 m/s beschleunigt werden. Im erfindungsgemäßen Verfahren eignen sich dabei insbesondere Geschwindigkeiten der Pulverpartikel zwischen 1000 und 1600 m/s, besonders bevorzugt zwischen 1250 und 1600 m/s, da in diesem Fall die Energieübertragung in Form von kinetischer Energie besonders hoch ausfällt.
Die im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Pulver besitzen bevorzugt Partikelgrößen von 1 bis 100 µm.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet die Möglichkeit, in Verbindung mit einer Automatisierung und mit computergesteuerter Bewegung des Grundkörpers oder der Spritzpistole Formteile besonders rasch und kostengünstig herzustellen (rapid prototyping).
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens können alle geeigneten Vorrichtungen eingesetzt werden, insbesondere gilt dies für die in der EP 0 484 533 B1 beschriebene Vorrichtung.
Besondere Vorteile gegenüber herkömmlichen Formteilen bringen folgende nach der Erfindung hergestellte Formteile mit sich:
  • Formteile, welche einen Grundkörper und eine durch thermisches Spritzen erzeugte Schicht umfassen, wobei der Grundkörper vorzugsweise eine geringere Dicke aufweist als die aufgespritzte Schicht und
  • Formteile, welche jeweils aus einer (oder auch mehreren) mittels thermischen Spritzens erzeugten Schicht bestehen.
Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Hierbei zeigen:
Figur 1
ein erfindungsgemäß hergestelltes Formteil aus Grundkörper und Schicht;
Figur 2
ein erfindungsgemäß hergestelltes Formteil bestehend aus der Spritzschicht;
Figur 3
ein erfindungsgemäß hergestelltes Formte bestehend aus der Spritzschicht nach Umformung mit herkömmlichem Verfahren.
In Figur 1 ist im Bild A eine geformtes Blech 1 dargestellt. Auf dieses Blech1 wird durch thermisches Spritzen nach dem Kaltgasspritzverfahren eine Schicht 2 aufgetragen. Das Blech 1 weist eine geringere Dicke auf als die aufgespritzte Schicht 2. Das so erhaltene Formteil in Bild B besteht aus Grundkörper 1 (Blech) und Spritzschicht 2.
In Figur 2 ist im Bild A ein Formkörper 1 aus einem Kupferblech gezeigt. Nach dem Auftragen einer thermischen Spritzschicht 2 gemäß Bild B, wird das Kupferblech 1 mechanisch von der Schicht 2 gelöst. Das so erhaltene Formteil in Bild C besteht lediglich aus der Spritzschicht 2.
Der zunächst ungeformte Rohkörper bzw. das Blech 1 aus Bild A von Figur 3 wird durch thermisches Spritzen nach dem Kaltgasspritzverfahren mit einer Schicht 2 versehen (Bild B). Nachdem mechanisch das Blech 1 von der Schicht 2 entfernt wurde (Bild C), wird das aus der Spritzschicht 2 bestehende Werkstück nach einem herkömmlichen Umformprozess verformt und erhält, wie in Bild D dargestellt, auf diese Weise seine gewünschte Form als Formteil.

Claims (11)

  1. Verfahren zum Herstellung von Formteilen (1, 2; 2), dadurch gekennzeichnet, daß ein Grundkörper (1) durch thermisches Spritzen beschichtet (2) wird, wobei ein pulverförmiger Zusatzwerkstoff mittels eines Gases auf die zu beschichtende Oberfläche des Grundkörpers (1) geleitet wird, ohne daß die Pulverpartikel des Zusatzwerkstoffes im Gasstrahl geschmolzen werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (1) durch Aufspritzen auf eine gewünschte Dicke verstärkt wird, wobei der Grundkörper (1) eine geringere Dicke aufweist als die durch thermisches Spritzen aufgespritzte Schicht (2).
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (1), nachdem die Schicht (2) durch thermisches Spritzen aufgespritzt worden ist, von dieser Schicht (2) entfernt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (1) durch mechanische Bearbeitung oder chemisch durch Auflösen von der Schicht (2) entfernt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das durch thermisches Spritzen hergestellte Formteil (1, 2; 2) einem oder mehreren herkömmlichen Umformprozesse, insbesondere durch Ziehen, Tiefziehen, Walzen und/oder Pressen, unterzogen wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas für das thermische Spritzen Stickstoff, Helium, Argon, Neon, Krypton, Xenon, ein Wasserstoff enthaltendes Gas, ein kohlenstoffhaltiges Gas, insbesondere Kohlendioxid, Sauerstoff, ein Sauerstoff enthaltendes Gas, Luft, Wasserstoff oder Mischungen der vorgenannten Gase enthält.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Gasstrahles beim thermischen Spritzen im Bereich zwischen 30 und 800 °C liegt.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrahl beim thermischen Spritzen einen Druck von 5 bis 50 bar aufweist.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulverpartikel beim thermischen Spritzen auf eine Geschwindigkeit von 300 bis 1600 m/s beschleunigt werden.
  10. Formteil (1, 2) umfassend einen Grundkörper (1) und eine durch thermisches Spritzen erzeugte Schicht (2), wobei der Grundkörper (1) eine geringere Dicke aufweist als die aufgespritzte Schicht (2).
  11. Formteil (2) bestehend aus einer mittels eines thermischen Spritzverfahrens erzeugten Schicht (2).
EP98120105A 1997-10-27 1998-10-23 Herstellung von Formteilen Expired - Lifetime EP0911426B1 (de)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19747385 1997-10-27
DE19747385A DE19747385A1 (de) 1997-10-27 1997-10-27 Herstellung von Formteilen

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP0911426A1 true EP0911426A1 (de) 1999-04-28
EP0911426B1 EP0911426B1 (de) 2002-12-18

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ID=7846742

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Application Number Title Priority Date Filing Date
EP98120105A Expired - Lifetime EP0911426B1 (de) 1997-10-27 1998-10-23 Herstellung von Formteilen

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP0911426B1 (de)
DE (2) DE19747385A1 (de)

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