EP2115180B1 - Verfahren zum herstellen eines einlauffähigen spritzbelags - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines einlauffähigen spritzbelags Download PDF

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EP2115180B1
EP2115180B1 EP08734314.1A EP08734314A EP2115180B1 EP 2115180 B1 EP2115180 B1 EP 2115180B1 EP 08734314 A EP08734314 A EP 08734314A EP 2115180 B1 EP2115180 B1 EP 2115180B1
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EP
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coating
parameter
component
constant
hardness
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Andreas Jakimov
Manuel Hertter
Andreas KÄHNY
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MTU Aero Engines AG
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MTU Aero Engines AG
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    • 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
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
    • F01D11/12—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator using a rubstrip, e.g. erodible. deformable or resiliently-biased part
    • F01D11/122—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator using a rubstrip, e.g. erodible. deformable or resiliently-biased part with erodable or abradable material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
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    • F05D2230/31—Layer deposition
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
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    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/30—Manufacture with deposition of material
    • F05D2230/31—Layer deposition
    • F05D2230/311—Layer deposition by torch or flame spraying

Definitions

  • the invention relates to a method for producing an injection-capable spray coating for components of a turbine engine, according to the preamble of claim 1.
  • the current compressor design aims to increase the pressure ratio. Furthermore, the requirement of a lightweight construction, which is possible for example by reducing the number of stages, leads to an increase in the pressure ratio between the compressor stages. A side effect of this development is the increase in backflow from the pressure side to the suction side of the compressor blades.
  • This sealing system which prevents the above-described backflow between the rotating compressor blades and the compressor housing, becomes more and more important.
  • This sealing system is an important component of the efficiency and significantly influences the so-called pump line and thus the stable operation of the engine.
  • the potential contact surfaces of the housing are provided with abradable coatings, so-called inlet linings.
  • the coating material In order for the blades to be able to work into the appropriate places on the compressor housing, the coating material must be relatively easy abradable, without damaging the blade tips. Furthermore, the coating must also have good resistance to particle erosion and other degradation at elevated temperatures.
  • thermal spray powder for such a coating is in the US 5,434,210 a thermal spray powder and a composite coating of this powder, which has a matrix component, a dry lubricant component and a plastic component proposed.
  • a corresponding powder for thermal spraying is available under the name SM2042 from Sulzer Metco.
  • Thermal spraying refers to a process for producing a sprayed layer on the surface of a substrate, wherein filler materials are conducted onto the surface of a substrate to be coated using a gas.
  • Such a method and a monitoring system for quality assurance of the sprayed layers is in the DE 102004041671 A1 described. This is a so-called PFI (Particle Flux Imaging) method.
  • EP 1 332 799 A1 a device and a method for thermal spraying, in which an on or melted filler material is passed using a gas or gas mixture on a surface to be coated of a Sustrats.
  • an optical spectroscopy arrangement by means of an optical spectroscopy arrangement, at least one of the quality of the spray-influencing feature of the thermal spraying process, which is responsible for the formation of the layer and its properties, detected, evaluated, evaluated, and regulated.
  • This provides a means for online control and optimization of one or more parameters responsible for the formation of the sprayed coating.
  • the invention is therefore based on the object to avoid the above-mentioned technical problems of the prior art and to provide an improved method for producing an injectible spray coating, which allows monitoring of the injection process by means of predetermined parameters.
  • the invention avoids the technical problems of the prior art and provides an improved method for the process-reliable production of an injectable spray coating.
  • p B1 is the process parameter of the component to be coated
  • p B2 is the process parameter of a preceding coating, ie one of the preceding components or one of the preceding samples
  • H B1 is the hardness of the sprayed coating to be produced
  • H B2 is the hardness of the preceding sprayed coating
  • ⁇ x is a process variable of the on-line process control system and y, z, n are constant parameters, wherein the process parameter is the primary gas flow, the secondary gas flow or the distance between the component and burner, the process variable ⁇ x being a
  • the calculation can be done online after setting the desired parameter or alternatively before and after each coating.
  • the process parameter or parameters can then be adjusted automatically or manually under constant control, for example by means of actuators.
  • the spray coating can be applied to the compressor housing.
  • an inlet lining can now be produced reproducibly in a low hardness.
  • the constant parameters y and z relevant for the respective process parameter of a coating represent the correlation between the process variable of the online process control system and the respective process parameter.
  • Y is between 2 and 5, preferably 3, while z is between 8 and 12 and preferably at 10.
  • the parameter n which is constant for each process parameter in the respective coating, takes into account a component change, ie a transfer from a sprayed layer from one component to another component, and lies between -10 and +10, in particular between -5 and +5, the interval limits being included in each case should be.
  • the process parameters to be monitored are the primary gas flow, the secondary gas flow or the distance between the component and the burner.
  • other process parameters not mentioned here can also be regulated in such a way that a reproducible result of the sprayed coating results.
  • the measured process variable of the online process control system ⁇ x it is possible to incorporate a currently measured process variable into the coating process.
  • a change in the process variable is used, which is configured such that the corresponding process variable of the current coating is related to the respective process variable of the preceding coating of the last component.
  • the process variable ⁇ x is determined from the luminance distribution of the plasma and / or particle beam, recorded via the PFI unit or the spectrometer unit.
  • the determination of the semiaxes of the ellipses from the measurement of the PFI unit lends itself to the determination of the process parameter ⁇ x from the luminance distribution.
  • a device for carrying out the method according to the invention has a PFI unit and / or an optical spectrometer unit for online process control, the process control parameters of which are correlated in an arithmetic unit, whereby a reproducible spray coating can be produced in the event of process deviations.
  • actuators for automatic adjustment of the process parameters may also be provided here.
  • process control serves to prevent rework as well as the quality control and the documentation of an injection process.
  • the properties of the plasma and the particles in the plasma jet are detected and correlated with the layer properties. If the measured properties deviate from a previously defined reference state, a remedial measure must be taken to prevent reworking.
  • the on-line process control system is equipped with an online Particle Flux Imaging (PFI) unit, an optical spectrometer and a non-inventive radiation pyrometer.
  • PFI Particle Flux Imaging
  • the spectrometer additionally enables quality monitoring during the spraying process.
  • the PFI unit records the luminance distributions of the plasma and particle beam characteristic of the coating process. The elevations with the same luminous intensity are calculated from the images by an algorithm. In each of these contour lines, an ellipse for the plasma and particle beam are written.
  • the elliptical characteristics such as the semi-axes a and b, the center of gravity of the ellipse and the angle of the semi-axis a with respect to the horizontal are used to describe the current spray condition.
  • the hardness of the layer to be applied (measured in HR 15 Y) can now be controlled or monitored via a process parameter and a process variable. To this end, the control or calculation is influenced by the hardness of the previously prepared layer and the process parameter (s) or process variable as well as by the constant parameters.
  • the optical spectrometer detects the light emitted by the plasma and the particles via a measuring head and directs it via a fiber optic cable to a highly sensitive spectrograph.
  • the temporal tracking of the entire spectral emission and of several characteristic measurement lines of the entire spectrum makes it possible to detect and store intensity changes.
  • the radiation pyrometer is used for non-contact temperature measurement during the coating process. It ensures the recording and graphical output of measurement data from the entire coating process.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines einläuffähigen Spritzbelages für Bauteile eines Turbinentriebwerks, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Um den Wirkungsgrad von Turbinentriebwerken, insbesondere für die Luftfahrt, zu steigern, zielt die derzeitige Verdichterentwicklung auf eine Steigerung des Druckverhältnisses ab. Ferner führt das Erfordernis einer leichten Konstruktion, die beispielsweise durch eine Reduzierung der Stufenzahl möglich ist, zu einer Erhöhung des Druckverhältnisses zwischen den Verdichterstufen. Ein Nebeneffekt dieser Entwicklung ist die Zunahme an Rückfluss von der Druckseite auf die Saugseite der Verdichterschaufeln.
  • Daher wird die Bedeutung des Dichtungssystems, welches den oben beschriebenen Rückfluss zwischen den rotierenden Verdichterschaufeln und dem Verdichtergehäuse verhindert, immer wichtiger. Dieses Dichtungssystem ist ein wichtiger Bestandteil des Wirkungsgrads und beeinflusst wesentlich die so genannte Pumplinie und damit den stabilen Betrieb des Triebwerks.
  • Um eine hohe Rückflussrate zu verhindern, ist es notwendig den Spalt zwischen den rotierenden Verdichterschaufeln und dem Verdichtergehäuse so weit wie möglich zu reduzieren. Wegen der unterschiedlichen Betriebszustände während des Betriebs eines Triebwerks, wie beispielsweise Beschleunigung, Leerlauf, stationärer Betrieb, etc., können die Spitzen der rotierenden Laufschaufeln die Innenwand des Verdichtergehäuses berühren oder sogar in diese einlaufen. Ferner kann ein Einlaufen auch durch Exzentrizität des Rotors oder des Gehäuses auftreten, welche beispielsweise durch Flugmanöver verursacht werden kann.
  • Um beim Einlaufen der rotierenden Laufschaufeln in das Verdichtergehäuse größere Schäden zu verhindern, sind die potentiellen Kontaktflächen des Gehäuses mit abreibbaren Beschichtungen, so genannten Einlaufbelägen, versehen.
  • Damit sich die Schaufelblätter in die entsprechenden Stellen am Verdichtergehäuse einarbeiten können, muss das Beschichtungsmaterial relativ leicht abreibbar sein, ohne die Schaufelspitzen zu schädigen. Ferner muss die Beschichtung auch einen guten Widerstand gegen Partikelerosion und andere Degradation bei erhöhten Temperaturen aufweisen.
  • Für eine derartige Beschichtung wird in der US 5,434,210 ein thermisches Spritzpulver und eine Verbundbeschichtung aus diesem Pulver, welche eine Matrixkomponente, eine Trockenschmiermittel-Komponente und eine Kunststoffkomponente aufweist, vorgeschlagen. Ein entsprechendes Pulver zum thermischen Spritzen ist unter der Bezeichnung SM2042 bei der Firma Sulzer Metco erhältlich.
  • Unter thermischem Spritzen wird ein Verfahren zur Erzeugung einer Spritzschicht auf der Oberfläche eines Substrates bezeichnet, wobei Zusatzwerkstoffe unter Einsatz eines Gases auf die zu beschichtende Oberfläche eines Substrates geleitet werden. Ein derartiges Verfahren und ein Überwachungssystem zur Qualitätssicherung der gespritzten Schichten ist in der DE 102004041671 A1 beschrieben. Dabei handelt es sich um ein so genanntes PFI (Particle-Flux-Imaging) Verfahren.
  • Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 102006053774 ist ein Verfahren zum Überwachen eines thermischen Spritzprozesses bekannt, wobei durch die Regelung von bestimmten Prozessparametern die Eigenschaften einer aufbringenden Beschichtung, z.B. Härte, berechnet werden kann. Dabei kann eine Soll-Härte der gespritzten Beschichtung erreicht werden, auch wenn andere Parameter während des Prozesses variiert werden.
  • Bei dem in der DE 102004041671 A1 beschriebenen PFI System wird ein Schwarm von die Qualität der Spritzschicht beeinflussenden Partikeln mit einer digitalen Kamera aufgenommen. Dieses Bild wird dann dargestellt oder durch rechnerische Auswertung weiter verarbeitet. Hierdurch wird die Diagnostik eines thermischen Spritzvorgangs ermöglicht.
  • Ferner beschreibt die EP 1 332 799 A1 eine Vorrichtung und ein Verfahren zum thermischen Spritzen, bei dem ein an- oder aufgeschmolzener Zusatzwerkstoff unter Einsatz eines Gases oder Gasgemischs auf eine zu beschichtende Oberfläche eines Sustrats geleitet wird. Dabei wird mittels einer optischen Spektroskopieanordnung zumindest ein die Qualität der Spritzschicht beeinflussendes Merkmal des thermischen Spritzprozesses, welches für die Ausbildung der Schicht und ihre Eigenschaften verantwortlich ist, erfasst, ausgewertet, bewertet, und geregelt. Dadurch wird eine Möglichkeit zur Online-Regelung und Optimierung eines oder mehrerer Parameter, welche für die Ausbildung der Spritzbeschichtung verantwortlich sind, zur Verfügung gestellt.
  • Trotz der oben beschriebenen Verfahren zur Qualitätssicherung bei thermischen Spritzprozessen, ist es bisher nicht möglich, einen einlauffähigen Spritzbelag, insbesondere aus dem Pulver SM2042, aber auch aus anderen Materialien für Bauteile in einer niedrigen Härte reproduzierbar herzustellen. Dies liegt vor allem am sehr instabilen Spritzprozess. Insbesondere ist es derzeit nicht möglich, bei Prozessabweichungen einen spezifikationsgerechten Belag herzustellen. Derzeit kann die Härte des Belags nur im ausgebranntem Zustand gemessen werden, wodurch etwa ein Tag verloren geht, bevor der Spritzprozess fortgesetzt werden kann. Dabei können sich die Spritzbedingungen in der Wartezeit verändern. Ohne dieses Vorgehen kommt es jedoch zu sehr hohen Nacharbeitsraten bei den beschichteten Bauteilen.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die oben genannten technischen Probleme des Standes der Technik zu vermeiden und ein verbessertes Verfahren zum Herstellen eines einlauffähigen Spritzbelags zur Verfügung zu stellen, welches eine Überwachung des Spritzprozesses mittels festgelegter Parameter ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Durch die Erfindung werden die technischen Probleme des Standes der Technik vermieden und ein verbessertes Verfahren zum prozesssicheren Herstellen eines einlauffähigen Spritzbelags zur Verfügung gestellt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines einlauffähigen Spritzbelags für Bauteile eines Turbinentriebwerks mittels thermischen Spritzens, wobei zur Kontrolle und Regelung des thermischen Spritzens ein Online-Prozess-Kontrollsystem mit einer PFI-Einheit und / oder einer optischen Spektrometereinheit vorgesehen ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Prozessparameter nach der Formel p B 1 = p B 2 + H B 1 − H B 2 − Δ x ⋅ y / z + n
    Figure imgb0001
     berechnet wird, wobei pB1 der Prozessparameter des zu beschichtenden Bauteils, pB2 der Prozessparameter einer vorangegangenen Beschichtung, d.h. eines der vorhergehenden Bauteile oder einer der vorhergehenden Proben, HB1 die Härte der herzustellenden Spritzschicht, HB2 die Härte der vorangegangenen aufgebrachten Spritzschicht, Δx eine Prozessgröße des Online-Prozess-Kontrollsystems ist und y, z, n konstante Parameter sind, wobei als Prozessparameter der Primärgasfluss, der Sekundärgasfluss oder der Abstand zwischen Bauteil und Brenner gewählt wird, wobei die Prozessgröße Δx aus einer Relation einer vorangegangenen Beschichtung und der Beschichtung des zu beschichtenden Bauteils aus der Leuchtdichteverteilung des Plasma- und/oder Partikelstrahls ermittelt wird, und wobei der konstante Parameter y zwischen 2 und 5 und der konstante Parameter z zwischen 8 und 12 liegt, und wobei der konstante Parameter n einen Bauteilwechsel berücksichtigt und zwischen -10 und +10 liegt.
  • Hierdurch kann auf Basis von vorher beschichteten Bauteilen und der Eigenschaften dieser Schichten ein prozesssicheres Spritzen von Einlaufbelägen ohne größere Verzögerung und damit verbundenen Änderungen der Randbedingungen erfolgen.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass die Beschichtung mit SM2042-Pulver erfolgt. Dieses Pulver ist besonders für Anwendungen bei axialen Turbomaschinen geeignet.
  • Die Berechnung kann nach Einstellung des gewünschten Parameters online oder alternativ hierzu vor und nach jeder Beschichtung erfolgen. Hierdurch kann der oder die Prozessparameter dann beispielsweise mittels Aktuatoren automatisch oder manuell unter ständiger Kontrolle eingestellt werden.
  • Der Spritzbelag kann auf Verdichtergehäuse aufgebracht werden. Durch das Verfahren kann ein Einlaufbelag nun reproduzierbar in einer niedrigen Härte hergestellt werden.
  • Die für den jeweiligen Prozessparameter einer Beschichtung relevanten konstanten Parameter y und z geben die Korrelation zwischen der Prozessgröße des Online-Prozess-Kontrollsystems und des jeweiligen Prozessparameters wieder. Y liegt zwischen 2 und 5, bevorzugt bei 3, während z zwischen 8 und 12 und bevorzugt bei 10 liegt.
  • Der für jeden Prozessparameter bei der jeweiligen Beschichtung konstante Parameter n berücksichtigt einen Bauteilwechsel, d.h. ein Transfer von einer Spritzschicht von einem Bauteil auf ein anderes Bauteil und liegt zwischen -10 und +10, insbesondere zwischen -5 und +5, wobei jeweils die Intervallgrenzen eingeschlossen sein sollen. Als zu überwachende Prozessparameter werden der Primärgasfluss, der Sekundärgasfluss oder der Abstand zwischen dem Bauteil und dem Brenner gewählt. Zusätzlich, aber nicht zur Erfindung gehörend, können auch weitere hier nicht genannte Prozessparameter reguliert werden und zwar derart, dass sich ein reproduzierbares Ergebnis der Spritzschicht ergibt.
  • Bei der gemessenen Prozessgröße des Online-Prozess-Kontrollsystems Δx ist es möglich, eine aktuell gemessene Prozessgröße in den Beschichtungsprozess einfließen zu lassen. Dabei wird eine Änderung der Prozessgröße verwendet, die derart ausgestaltet ist, dass die entsprechende Prozessgröße der aktuellen Beschichtung mit der jeweiligen Prozessgröße der vorhergehenden Beschichtung des letzten Bauteils in Relation gezogen wird.
  • Dabei wird die Prozessgröße Δx aus der Leuchtdichteverteilung des Plasma- und/oder Partikelstrahls ermittelt, über die PFI-Einheit oder die Spektrometereinheit aufgenommen wird.
  • Für die Ermittlung der Prozesskenngröße Δx aus der Leuchtdichteverteilung bietet sich insbesondere die Bestimmung der Halbachsen der Ellipsen aus der Messung der PFI-Einheit an.
  • Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist zur online Prozesskontrolle zum einen eine PFI - Einheit und/ oder eine optische Spektrometereinheit auf, deren Prozesskontrollkenngrößen in einer Recheneinheit korreliert werden, wodurch bei Prozessabweichungen ein reproduzierbarer Spritzbelag herstellbar ist. Ferner können hier noch Aktuatoren zur automatischen Einstellung der Prozessparameter vorgesehen sein.
  • Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung näher dargestellt.
  • Der Einsatz der Prozesskontrolle dient zur Verhinderung von Nacharbeiten sowie der Qualitätsüberwachung und der Dokumentation eines Spritzvorgangs. Bei diesem Verfahren werden die Eigenschaften des Plasmas sowie der Partikel im Plasmastrahl erfasst und mit den Schichteigenschaften korreliert. Weichen die gemessenen Eigenschaften von einem zuvor definierten Referenzzustand ab, ist zur Verhinderung von Nacharbeit eine Abhilfemaßnahme zu treffen.
  • Zu diesem Zweck ist das Online-Prozess-Kontrollsystem mit einer Online-Particle-Flux-Imaging (PFI) Einheit, einem optischen Spektrometer und einem nicht zur Erfindung gehörenden Strahlungspyrometer ausgestattet. Die PFI - Einheit dient zur Überprüfung des Plasmastrahls vor und nach der Beschichtung des Bauteils. Das Spektrometer ermöglicht zusätzlich noch eine Qualitätsüberwachung während des Spritzvorgangs. Die PFI - Einheit erfasst mit Hilfe einer CCD-Kamera die für den Beschichtungsprozess charakteristischen Leuchtdichteverteilungen des Plasma- und Partikelstrahls. Aus den Aufnahmen werden durch einen Algorithmus die Höhenlinien mit gleicher Leuchtintensität berechnet. In diesen Höhenlinien werden je eine Ellipse für den Plasma- und Partikelstrahl eingeschrieben. Die Ellipsen-Kenngrößen, wie die Halbachsen a und b, der Schwerpunkt der Ellipse und der Winkel der Halbachse a gegenüber der Horizontalen dienen zur Beschreibung des aktuellen Spritzzustands. Die Härte der aufzubringenden Schicht (gemessen in HR 15 Y) kann nun über einen Prozessparameter und eine Prozessgröße geregelt bzw. überwacht werden. Hierzu fließt in die Regelung bzw. Berechnung die Härte der zuvor hergestellten Schicht und die/der Prozessparameter bzw. die Prozessgröße sowie die konstanten Parameter ein. Für die Wahl des Abstands von Bauteil und Brenner als Prozessparameter werden für y = 3 und z = 10 gute Resultate erzielt, wenn als Prozessgröße Δx Informationen aus der über die PFI-Einheit vermessenen Werte, das heißt die Leuchtdichteverteilung des Plasma- und/oder Partikelstrahls aus dem aktuellen und einem vorangegangenen Beschichtungsprozess verwendet werden. Zum Einsatz kommen hier insbesondere die Änderung der Halbachsen der vermessenen Ellipsen aus dem aktuellen und einem vorangegangenen Prozess. Möglich ist aber auch die Verwendung des Schwerpunktes der Ellipsen oder der Winkel der Halbachsen.
  • Das optische Spektrometer erfasst über einen Messkopf das beim Spritzen vom Plasma und den Partikeln emittierte Licht und leitet dieses über ein Glasfaserkabel an einen hoch empfindlichen Spektrographen. Die zeitliche Verfolgung der gesamten spektralen Emission sowie von mehreren charakteristischen Messlinien des Gesamtspektrums gestattet es, Intensitätsveränderungen zu detektieren und zu speichern.
  • Ferner dient das Strahlungspyrometer der berührungslosen Temperaturmessung während des Beschichtungsvorgangs. Es gewährleistet die Aufzeichnung und grafische Ausgabe der Messdaten vom gesamten Beschichtungsprozess.
  • Auf den Messaufbau und die Einstellung der PFI - Einheit und des optischen Spektrometers soll hier nicht im einzelnen eingegangen werden.
  • Die vorliegende Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene, bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht, sofern der von den beigefügten Ansprüchen definierte Schutzbereich nicht verlassen wird.

Claims (4)

  1. Verfahren zum Herstellen eines einlauffähigen Spritzbelags für Bauteile eines Turbinentriebwerks mittels thermischen Spritzens, wobei zur Kontrolle und Regelung des thermischen Spritzens ein Online-Prozess-Kontrollsystem mit einer Particle - Flux - Imaging - Einheit und / oder einer optischen Spektrometereinheit vorgesehen ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    mindestens ein Prozessparameter nach der Formel p B 1 = p B 2 + H B 1 − H B 2 − Δ x ⋅ y / z + n
    Figure imgb0002
     berechnet wird, wobei pB1 der Prozessparameter des zu beschichtenden Bauteils, pB2 der Prozessparameter einer vorangegangenen Beschichtung, HB1 die Härte der herzustellenden Spritzschicht, HB2 die Härte der vorangegangenen Spritzschicht, Δx eine Prozessgröße des Online-Prozess-Kontrollsystems ist und y, z, n konstante Parameter sind,
    dass als Prozessparameter der Primärgasfluss, der Sekundärgasfluss oder der Abstand zwischen Bauteil und Brenner gewählt wird,
    dass die Prozessgröße Δx aus einer Relation einer vorangegangenen Beschichtung und der Beschichtung des zu beschichtenden Bauteils aus der Leuchtdichteverteilung des Plasma - und / oder Partikelstrahls ermittelt wird,
    dass der konstante Parameter y zwischen 2 und 5 und der konstante Parameter z zwischen 8 und 12 liegt,
    und dass der konstante Parameter n einen Bauteilwechsel berücksichtigt und zwischen -10 und +10 liegt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung mit SM2042 Pulver erfolgt.
  3. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spritzbelag auf Verdichtergehäuse aufgebracht wird.
  4. Verfahren, nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtdichteverteilung durch Bestimmung der Halbachsen von aus der Messung der Particle - Flux - Imaging - Einheit erhaltenen Ellipsen ermittelt wird.
EP08734314.1A 2007-03-01 2008-02-25 Verfahren zum herstellen eines einlauffähigen spritzbelags Active EP2115180B1 (de)

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Publication Number Publication Date
EP2115180A2 EP2115180A2 (de) 2009-11-11
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EP (1) EP2115180B1 (de)
CA (1) CA2679651C (de)
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