EP2503026A1 - Verfahren zum Reparieren einer Schicht auf einem Substrat - Google Patents

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EP2503026A1
EP2503026A1 EP11158948A EP11158948A EP2503026A1 EP 2503026 A1 EP2503026 A1 EP 2503026A1 EP 11158948 A EP11158948 A EP 11158948A EP 11158948 A EP11158948 A EP 11158948A EP 2503026 A1 EP2503026 A1 EP 2503026A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
substrate
layer
particles
solder
repair area
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11158948A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Manuel Dr. Hertter
Jochen Tewes
Andreas Dr. Jakimov
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MTU Aero Engines AG
Original Assignee
MTU Aero Engines GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by MTU Aero Engines GmbH filed Critical MTU Aero Engines GmbH
Priority to EP11158948A priority Critical patent/EP2503026A1/de
Publication of EP2503026A1 publication Critical patent/EP2503026A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a method of repairing a layer on a substrate.
  • the DE 10 2006 044 612 A1 describes a method for cold gas spraying, in which particles are accelerated in a particular jet-shaped gas and impinge on a substrate at high speed, wherein the gas is compressed and heated and then accelerated by relaxing in a nozzle and thereby cools. In addition, the substrate is heated.
  • the EP 1 383 610 B1 describes an apparatus and method for depositing and solidifying powder particles on a surface of a substrate, the apparatus comprising a nozzle comprising a nozzle body defining a gas channel, the gas channel having a converging portion configured to contain powder particles and gas mixture receives; a divergent conical outlet section and a neck section, the neck section being of constant cross-sectional area and connecting the convergent section, and wherein the particles and the gas mixture in the convergent section of the gas channel are received at a first speed and the gas is at a second speed; which is at or below the speed of sound, is accelerated as it passes through the converging section, and wherein the divergence of the diverging, conical Outlet portion of the gas channel holds the gas substantially at a constant speed equal to the second speed when it flows through the outlet portion, wherein the conical outlet portion of the nozzle provides a friction-compensated nozzle, wherein a relationship for diameter changes as a function of the length for constant flow velocity compensates for
  • the WO 2010/030543 A1 discloses a device for dehydrating metal powders having a heating zone for diffusing hydrogen out of the metal powder, the heating zone being connected to a downstream opening and a cooling chamber for preventing reabsorption of hydrogen through the metal powder, and wherein a substrate is downstream the cooling chamber is arranged.
  • the metal powder is applied to the substrate and forms a dense layer. As a result, the metal powder is dynamically dehydrated and solidified to a high-density metal.
  • the DE 103 20 740 A1 describes a method for soldering at least two parts, in particular for soldering metallic and / or ceramic parts, wherein applied to at least one of these parts solder and thereby or thereafter the soldering operation is performed, wherein the solder is applied to the at least one part by cold gas spraying.
  • the DE 10 2006 039 329 B3 describes an implant for insertion into a human or animal body, which comprises at least one implant part, wherein the at least one implant part has a base body made of an implant material having a surface which is at least partially in the form of an artificial joint surface, wherein a part of or the entire joint surface is covered with a wear-reducing hard material coating, wherein between the hard material coating and the at least one joint surface formed from the implant material is an intermediate layer for reducing stresses between the hard material coating and the implant material.
  • the DE 10 2006 032 110 A1 describes a method of applying at least one adherent layer to at least one aluminum-silicon cast article, the layer being applied by cold gas spraying.
  • a method for repairing a layer on a substrate is provided with the following method steps: at least section-wise removal of the layer to be repaired in a repair area from the substrate; and applying a particulate further layer on the repair area by means of a cold gas spraying process.
  • the particles strike the repair area at supersonic speed.
  • a particularly high kinetic energy of the particles is achieved, whereby high degrees of deformation of both the particles and the layer / of the substrate are achieved. This results in a particularly good connection of the layer formed with the particles to the substrate or the repair area.
  • the substrate and / or the layer are preheated by means of a heating device. This increases the ductility of the substrate / layer, whereby high degrees of deformation are achieved when the particles hit. This improves the binding of the particles to the substrate / layer.
  • the particles are cooled before they hit the repair area by means of a cryogenic, in particular liquefied, cooling gas, which increases the strength of the particles. This allows higher degrees of deformation when the particles hit the substrate and / or the layer and thereby better bonding of the resulting layer to the substrate.
  • the layer has a lower strength than the substrate and a higher strength than the further layer.
  • the layer can be better reshaped compared to the substrate, whereby a good Haf tion of the other layer is ensured on the layer.
  • the layer is applied to the substrate by means of a casting method, whereby a very good adhesion of the layer is ensured on the substrate.
  • the layer is formed as a solder layer.
  • the particles are formed as solder particles.
  • the FIG. 1 illustrates a preferred embodiment of a device 1, in particular a coating device 1, for applying a layer 2 to a substrate 3.
  • the coating device 1 is preferably designed as a cold gas spraying device 1.
  • particles 4 of a coating material are accelerated to a very high speed, in particular to a supersonic speed, and applied to the substrate 3.
  • the particles 4 are preferably accelerated by means of a carrier gas 5 to the required speed.
  • the coating device 1 preferably has an acceleration device (not further shown), for example a Laval nozzle.
  • the particles 4 are directed onto the substrate 3, in particular in a directed beam.
  • the coating device 1 has, for example, a, in particular tubular, guide 14.
  • the coating device 1 may further comprise a not shown, in particular computer-controlled, displacement device for positioning the guide device 14 relative to the substrate 3.
  • the guide device 14 is preferably guided over the substrate 3 at a defined distance.
  • a temperature of the carrier gas 5 is preferably so low that a melting point of the particles 4 is not exceeded.
  • the temperature of the carrier gas 5 is well below the melting point of the particles 4.
  • the carrier gas 5 is an inert gas.
  • the carrier gas 5 may be a reactive gas.
  • the substrate 3 is preferably formed with a higher-strength material such as steel, nickel, titanium, a corresponding alloy of these metals or the like.
  • the substrate 3 is a component of a turbomachine, such as a gas turbine.
  • the particles 4 preferably have a material of low density and / or low melting temperature.
  • the particles 4 are formed, for example, with a solder, silver solder, white metal or the like.
  • the particles 4 form the layer 2 on the substrate 3, wherein the layer 2 in particular has a high strength and a good connection to the substrate 3.
  • the particles 4 are formed as solder particles 4, which form the layer 2 in the form of a solder layer 2 on the substrate 3.
  • a preferred embodiment of a method for applying the layer 2 to the substrate 3 will be explained below.
  • the particles 4 are welded when hitting the substrate 3 with this.
  • the particles 4 impinge on this only in a sharply limited impact area 6 of the substrate 3.
  • the substrate 3 is heated, for example, via its so-called brittle-ductile temperature.
  • the coating device 1 in particular has a heating device 7.
  • the heating device 7 heats the substrate 3 by means of thermal radiation 8.
  • the substrate 3 can be heated completely or alternatively only in sections, for example in the impingement region 6.
  • the heating device 7 has, for example, a preheating burner, an induction device, a furnace device and / or the like.
  • the FIG. 2 illustrates a single incident on the substrate 3 particles 9 of the particles 4.
  • the particle 9 is accelerated onto the substrate 3 in such a way that the particle 4 not only locally at its edge region 10 with The substrate 9 is connected to the substrate 3, in particular welded, but also in a region of a stagnation point 11 of the particle 9.
  • the particle 9 is preferably the entire surface connected to the substrate 3.
  • a very good connection of the particle 9 to the substrate 3 and a very good connection of the layer 2 to the substrate 3 and a high strength, ductility and density of the layer 2 is achieved due to non-existing defects in the region of the stagnation point 11.
  • the particles 4 are cooled in particular before striking the substrate 3.
  • the coating device 1 can have, for example, a cooling device 12.
  • the cooling device 12 may be formed, for example, as arranged on the guide 14 cooling coil 12.
  • the cooling of the particles 4 is preferably carried out by means of a cryogenic, liquefied cooling gas.
  • the particles 4 are cooled to the substrate 3 until just before impact.
  • their strength and / or brittleness is increased and their ductility is reduced.
  • the degree of deformation of the substrate 3 is increased upon impact of the previously cooled particles 4.
  • the intermediate layer 13 preferably has a lower strength than the substrate 3 and a higher strength than the layer 2.
  • the intermediate layer 13 is preferably likewise applied to the substrate 3 by means of a cold gas spraying process, for example by means of the coating apparatus 1 before the application of the layer 2.
  • the intermediate layer 13 may be applied to the substrate 3, for example by means of a casting process or any other method.
  • the intermediate layer 13 preferably has a lower strength than the substrate 3, when the particles 4 hit the intermediate layer 13, a sufficiently high degree of deformation of the intermediate layer 13 and of the particles 4 is achieved in order to ensure good adhesion of the layer 2 to the intermediate layer 13 guarantee.
  • a preheating of the substrate 3 and / or cooling of the particles 4 can be dispensed with.
  • the substrate 3 may be preheated prior to the application of the intermediate layer 13 and / or after the application thereof.
  • the particles 4 can be cooled, for example.
  • the layer 13 is at least partially removed in a repair region 15 of the substrate 3 or the layer 13.
  • the layer 13 is removed only up to a predetermined depth or down to the substrate 3.
  • the layer 13 in the repair area 15 depending on the configuration of the damage not at all be removed.
  • the layer 2 is applied by means of the coating device 1 as a further layer.
  • the further layer 2 with the layer 13 as an intermediate layer is preferably applied indirectly to the substrate 3.
  • the solder layer 13 has a very good adhesion to the substrate 3.
  • a good connection of the applied by the casting method and the spray coating layers 2, 13 is achieved on the substrate 3.
  • the substrate 3 and the solder layer 13 can be preheated.
  • the particles 4 can be cooled.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Reparieren einer Schicht (13) auf einem Substrat (3) mit folgenden Verfahrensschritten: zumindest abschnittsweises Entfernen der zu reparierenden Schicht (13) in einem Reparaturbereich (15) von dem Substrat (3); und Aufbringen einer mit Partikeln (4) aufgebauten weiteren Schicht (2) auf dem Reparaturbereich (15) mittels eines Kaltgasspritzverfahrens.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reparieren einer Schicht auf einem Substrat.
  • Bei dem sogenannten Kaltgasspritzverfahren werden Werkstoffpartikel auf sehr hohe Geschwindigkeiten beschleunigt und auf ein Substrat aufgespritzt, wobei auf dem Substrat eine Schicht aufgebaut wird. Beim Auftreffen der Partikel auf das Substrat werden infolge der hohen kinetischen Energie der Partikel sowohl diese als auch das Substrat verformt. Nur bei hohen Verformungsgraden sowohl der Partikel als auch des Substrates wird eine gute Bindung zwischen der entstehenden Schicht und dem Substrat erreicht. Bei niedrigschmelzenden Schichtwerkstoffen und/oder bei Schichtwerkstoffen mit geringer Dichte, welche auf höherfeste Substrate aufgebracht werden, können die Partikel jedoch nicht auf eine ausreichend hohe Geschwindigkeit beschleunigt werden, um neben der Verformung der Partikel auch eine Verformung des Substrates zu erreichen. Die Haftung der Schicht auf dem Substrat ist bei diesen Materialkombinationen folglich nicht zufriedenstellend oder nur sehr gering.
  • Die DE 10 2006 044 612 A1 beschreibt ein Verfahren zum Kaltgasspritzen, bei welchem Partikel in einem insbesondere strahlförmigen Gas beschleunigt werden und mit hoher Geschwindigkeit auf ein Substrat auftreffen, wobei das Gas komprimiert sowie erwärmt und anschließend durch Entspannen in einer Düse beschleunigt wird und sich dabei abkühlt. Zusätzlich wird das Substrat aufgeheizt.
  • Die EP 1 383 610 B1 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Abscheiden und Verfestigen von Pulverteilchen auf einer Fläche eines Substrates, wobei die Vorrichtung eine Düse, umfassend einen Düsenkörper, der einen Gaskanal definiert, wobei der Gaskanal einen konvergierenden Abschnitt, der so gestaltet ist, dass er Pulverteilchen und Gasgemisch aufnimmt; einen divergierenden, konischen Auslassabschnitt und einen Halsabschnitt aufweist, wobei der Halsabschnitt von konstanter Querschnittsfläche ist und den konvergierenden Abschnitt verbindet, und wobei die Teilchen und das Gasgemisch in dem konvergierenden Abschnitt des Gaskanals mit einer ersten Geschwindigkeit aufgenommen werden und das Gas auf eine zweite Geschwindigkeit, die auf oder unter der Schallgeschwindigkeit liegt, beschleunigt wird, wenn es durch den konvergierenden Abschnitt hindurchgeht, und wobei die Divergenz des divergierenden, konischen Auslassabschnittes des Gaskanals das Gas im Wesentlichen auf einer konstanten Geschwindigkeit gleich der zweiten Geschwindigkeit vorhält, wenn es durch den Auslassabschnitt strömt, wobei der konische Auslassabschnitt der Düse eine reibungskompensierte Düse bereitstellt, wobei eine Beziehung für Durchmesseränderungen als Funktion der Länge für konstante Strömungsgeschwindigkeit die Reibung kompensiert.
  • Die WO 2010/030543 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Dehydrieren von Metallpulvern, welche eine Heizzone zur Diffusion von Wasserstoff aus dem Metallpulver heraus aufweist, wobei die Heizzone mit einer stromabwärts gelegenen Öffnung und einer Kühlkammer zum Verhindern der Reabsorption von Wasserstoff durch das Metallpulver verbunden ist, und wobei ein Substrat stromabwärts bezüglich der Kühlkammer angeordnet ist. Auf das Substrat wird das Metallpulver aufgebracht und bildet eine dichte Schicht. Hierdurch wird das Metallpulver dynamisch dehydriert und zu einem hochdichten Metall verfestigt.
  • Die DE 103 20 740 A1 beschreibt ein Verfahren zum Verlöten wenigstens zweier Teile, insbesondere zum Verlöten metallischer und/oder keramischer Teile, wobei auf wenigstens eines dieser Teile Lot aufgetragen und dadurch oder danach der Lötvorgang durchgeführt wird, wobei das Lot auf dem wenigstens einen Teil durch Kaltgasspritzen aufgebracht wird.
  • Die DE 10 2006 039 329 B3 beschreibt ein Implantat zum Einsetzen in einen menschlichen oder tierischen Körper, welches mindestens ein Implantatteil umfasst, wobei das mindestens eine Implantatteil einen aus einem Implantatmaterial hergestellten Grundkörper mit einer Oberfläche aufweist, die mindestens teilweise in Form einer künstlichen Gelenkfläche ausgebildet ist, wobei ein Teil der oder die ganze Gelenkfläche mit einer verschleißmindernden Hartstoffbeschichtung bedeckt ist, wobei zwischen der Hartstoffbeschichtung und der mindestens einen aus dem Implantatmaterial gebildeten Gelenkfläche eine Zwischenschicht zum Vermindern von Spannungen zwischen der Hartstoffbeschichtung und dem Implantatmaterial ist.
  • Die DE 10 2006 032 110 A1 beschreibt ein Verfahren zum Auftragen mindestens einer festhaftenden Schicht auf mindestens einem Gegenstand aus Aluminium-Silizium-Guss, wobei die Schicht mittels Kaltgasspritzen aufgetragen wird.
  • Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Beschichtungsverfahren zum Beschichten eines Substrats zur Verfügung zu stellen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Demgemäß ist ein Verfahren zum Reparieren einer Schicht auf einem Substrat mit folgenden Verfahrensschritten vorgesehen: zumindest abschnittsweises Entfernen der zu reparierenden Schicht in einem Reparaturbereich von dem Substrat; und Aufbringen einer mit Partikeln aufgebauten weiteren Schicht auf dem Reparaturbereich mittels eines Kaltgasspritzverfahrens.
  • Hierdurch wird aufgrund der bereits auf dem Substrat aufgetragenen Schicht eine sehr gute Haftung der weiteren Schicht auf dem Substrat erreicht.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens treffen die Partikel mit Überschallgeschwindigkeit auf dem Reparaturbereich auf. Hierdurch wird eine besonders hohe kinetische Energie der Partikel erzielt, wodurch hohe Umformgrade sowohl der Partikel als auch der Schicht/des Substrates erreicht werden. Daraus resultiert eine besonders gute Anbindung der mit den Partikeln gebildeten Schicht an dem Substrat bzw. dem Reparaturbereich.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens werden das Substrat und/oder die Schicht mittels einer Heizeinrichtung vorgewärmt. Hierdurch erhöht sich die Duktilität des Substrates/der Schicht, wodurch hohe Umformgrade beim Auftreffen der Partikel erreicht werden. Dies verbessert die Anbindung der Partikel an das Substrat/die Schicht.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens werden die Partikel vor einem Auftreffen auf den Reparaturbereich mittels eines tiefkalten, insbesondere verflüssigten, Kühlgases gekühlt, wodurch sich die Festigkeit der Partikel erhöht. Dies ermöglicht höhere Umformgrade beim Auftreffen der Partikel auf das Substrat und/oder die Schicht und dadurch eine bessere Anbindung der entstehenden Schicht an das Substrat.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens weist die Schicht eine geringere Festigkeit als das Substrat und eine höhere Festigkeit als die weitere Schicht auf. Hierdurch kann die Schicht im Vergleich zum Substrat besser umgeformt werden, wodurch eine gute Haf tung der weiteren Schicht auf der Schicht gewährleistet ist.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird die Schicht mittels eines Gießverfahrens auf das Substrat aufgebracht, wodurch eine sehr gute Haftung der Schicht auf dem Substrat gewährleistet ist.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens ist die Schicht als Lotschicht ausgebildet.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens sind die Partikel als Lotpartikel ausgebildet.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren der Zeichnung näher erläutert.
  • Von den Figuren zeigen
    • Figur 1
    eine schematische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines Verfahrens zum Aufbringen einer Schicht auf ein Substrat;
    Figur 2
    eine vergrößerte Detailansicht gemäß der Figur 2;
    Figur 3
    eine schematische Ansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eines Verfahrens zum Aufbringen einer Schicht auf ein Substrat; und
    Figur 4
    eine schematische Ansicht einer noch weiteren bevorzugten Ausfiihrungsform eines Verfahrens zum Aufbringen einer Schicht auf ein Substrat.
  • In den Figuren der Zeichnung sind gleiche und funktionsgleiche Elemente und Merkmale - sofern nichts anderes ausgeführt ist - mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • Die Figur 1 illustriert eine bevorzugte Ausfiihrungsform einer Vorrichtung 1, insbesondere einer Beschichtungsvorrichtung 1, zum Aufbringen einer Schicht 2 auf ein Substrat 3. Die Beschichtungsvorrichtung 1 ist vorzugsweise als Kaltgasspritzvorrichtung 1 ausgebildet. Mittels der Beschichtungsvorrichtung 1 werden Partikel 4 eines Beschichtungswerkstoffes auf eine sehr hohe Geschwindigkeit, insbesondere auf eine Überschallgeschwindigkeit, beschleunigt und auf das Substrat 3 aufgebracht. Die Partikel 4 werden vorzugsweise mittels eines Trägergases 5 auf die erforderliche Geschwindigkeit beschleunigt. Die Beschichtungsvorrichtung 1 weist hierzu bevorzugt eine weiter nicht dargestellte Beschleunigungseinrichtung, wie beispielsweise eine Lavaldüse auf. Mittels der Beschichtungsvorrichtung 1 werden die Partikel 4 insbesondere in einem gerichteten Strahl auf das Substrat 3 geleitet. Die Beschichtungsvorrichtung 1 weist hierzu beispielsweise eine, insbesondere rohrförmige, Leiteinrichtung 14 auf. Die Beschichtungsvorrichtung 1 kann ferner eine nicht dargestellte, insbesondere rechnergesteuerte, Verfahreinrichtung zum Positionieren der Leiteinrichtung 14 relativ zu dem Substrat 3 aufweisen. Die Leiteinrichtung 14 wird vorzugsweise in einem definierten Abstand über das Substrat 3 geführt. Eine Temperatur des Trägergases 5 ist bevorzugt so gering, dass ein Schmelzpunkt der Partikel 4 nicht überschritten wird. Vorzugsweise liegt die Temperatur des Trägergases 5 deutlich unter dem Schmelzpunkt der Partikel 4. Vorzugsweise ist das Trägergas 5 ein Inertgas. Alternativ kann das Trägergas 5 ein reaktives Gas sein.
  • Das Substrat 3 ist vorzugsweise mit einem höherfesten Werkstoff wie beispielsweise Stahl, Nickel, Titan, einer entsprechenden Legierung dieser Metalle oder dergleichen ausgebildet. Insbesondere ist das Substrat 3 Komponente einer Strömungsmaschine wie beispielsweise einer Gasturbine.
  • Die Partikel 4 weisen vorzugsweise einen Werkstoff geringer Dichte und/oder niedriger Schmelztemperatur auf. Die Partikel 4 sind beispielsweise mit einem Lot, Silberlot, Weißmetall oder dergleichen ausgebildet. Die Partikel 4 bilden auf dem Substrat 3 die Schicht 2, wobei die Schicht 2 insbesondere eine hohe Festigkeit und eine gute Anbindung zu dem Substrat 3 aufweist. Vorzugsweise sind die Partikel 4 als Lotpartikel 4 ausgebildet, welche die Schicht 2 in Form einer Lotschicht 2 auf dem Substrat 3 ausbilden.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform eines Verfahrens zum Aufbringen der Schicht 2 auf das Substrat 3 wird im Folgenden erläutert. Die mittels des Trägergases 5 beschleunigten Partikel 4 tref fen mit einer hohen Geschwindigkeit, insbesondere mit Überschallgeschwindigkeit, auf das Substrat 3 auf, wobei beim Auftreffen der Partikel 4 auf das Substrat 3 infolge der hohen kinetischen Energie der Partikel 4 sowohl diese als auch das Substrat 3 plastisch verformt werden. Vorzugsweise werden die Partikel 4 beim Auftreffen auf das Substrat 3 mit diesem verschweißt. Insbesondere treffen die Partikel 4 lediglich in einem scharf begrenzten Auftreffbereich 6 des Substrates 3 auf dieses auf. Um einen Verformungsgrad des Substrates 3, insbesondere in dem Auftreffbereich 6, zu erhöhen, wird das Substrat 3 beispielsweise über seine sogenannte spröd-duktil-Temperatur erwärmt. Hierdurch wird eine stärkere duktile Verformung des Substrates 3 durch die auftreffenden Partikel 4 ermöglicht. Zum Erwärmen des Substrates 3 weist die Beschichtungsvorrichtung 1 insbesondere eine Heizeinrichtung 7 auf. Die Heizeinrichtung 7 erwärmt beispielsweise mittels Wärmestrahlung 8 das Substrat 3. Das Substrat 3 kann dabei vollständig oder alternativ lediglich abschnittsweise, beispielsweise in dem Auftreffbereich 6 erwärmt werden. Die Heizeinrichtung 7 weist beispielsweise einen Vorwärmbrenner, eine Induktionseinrichtung, eine Ofeneinrichtung und/oder dergleichen auf. Durch das Vorwärmen des Substrats 3 wird ein hoher Verformungsgrad des Substrates 3 erreicht, wodurch eine gute Bindung zwischen der aus den auftreffenden Partikeln 4 entstehenden Schicht 2 und dem Substrat 3 erzielt wird.
  • Die Figur 2 illustriert ein einzelnes auf das Substrat 3 auftreffendes Partikel 9 der Partikel 4. Der im Folgenden erläuterte Prozess gilt jedoch für alle Partikel 4. Vorzugsweise wird das Partikel 9 derart auf das Substrat 3 beschleunigt, dass das Partikel 4 nicht nur lokal an seinem Randbereich 10 mit dem Substrat 3 verbunden, insbesondere verschweißt, wird sondern ebenfalls in einem Bereich eines Staupunktes 11 des Partikels 9. Das Partikel 9 wird bevorzugt vollflächig mit dem Substrat 3 verbunden. Hierdurch wird aufgrund nicht vorhandener Fehlstellen im Bereich des Staupunktes 11 eine sehr gute Anbindung des Partikels 9 an das Substrat 3 und eine sehr gute Verbindung der Schicht 2 mit dem Substrat 3 sowie eine hohe Festigkeit, Duktilität und Dichte der Schicht 2 erreicht.
  • In einer Weiterbildung des Verfahrens werden die Partikel 4 vor dem Auftreffen auf das Substrat 3 insbesondere abgekühlt. Die Beschichtungsvorrichtung 1 kann hierzu beispielsweise eine Kühleinrichtung 12 aufweisen. Die Kühleinrichtung 12 kann beispielsweise als an der Leiteinrichtung 14 angeordnete Kühlschlange 12 ausgebildet sein. Das Abkühlen der Partikel 4 erfolgt vorzugsweise mittels eines tiefkalten, verflüssigten Kühlgases. Vorzugsweise werden die Partikel 4 bis unmittelbar vor dem Aufprallen auf das Substrat 3 abgekühlt. Mittels des Abkühlens der Partikel 4 wird deren Festigkeit und/oder Sprödigkeit erhöht und deren Duktilität reduziert. Der Verformungsgrad des Substrats 3 wird beim Aufprall der zuvor gekühlten Partikel 4 gesteigert. Bei einem Aufprall der gekühlten Partikel 4 auf das Substrat 3, insbesondere auf das vorgewärmte Substrat 3, werden daher ausreichend hohe Verformungsgrade sowohl des Substrates 3 als auch der Partikel 4 erreicht, wodurch eine gute Verbindung zwischen der Schicht 2 und dem Substrat 1 erzielt wird. Das Kühlen der Partikel 4 und das Aufheizen des Substrates 3 kann gleichzeitig oder aufeinander folgend geschehen. Auf das Vorwärmen des Substrates 3 kann alternativ verzichtet werden.
  • In einer weiteren Weiterbildung des Verfahrens wird das Substrat 3 gemäß der Figur 3 mit einer weiteren Schicht 13, insbesondere einer Zwischen- oder Haftschicht oder zu reparierende Schicht 13, versehen, welche insbesondere zwischen der Schicht 2 und dem Substrat 3 angeordnet ist. Die Zwischenschicht 13 weist vorzugsweise eine niedrigere Festigkeit als das Substrat 3 und eine höhere Festigkeit als die Schicht 2 auf. Die Zwischenschicht 13 wird vorzugsweise ebenfalls mittels eines Kaltgasspritzverfahrens, beispielsweise mittels der Beschichtungsvorrichtung 1 vor dem Auftragen der Schicht 2 auf das Substrat 3 aufgebracht. Alternativ kann die Zwischenschicht 13 beispielsweise mittels eines Gießverfahrens oder eines anderen beliebigen Verfahrens auf das Substrat 3 aufgebracht werden. Da die Zwischenschicht 13 vorzugsweise eine geringere Festigkeit als das Substrat 3 aufweist, wird bei einem Auftreffen der Partikel 4 auf die Zwischenschicht 13 ein ausreichend hoher Verformungsgrad der Zwischenschicht 13 und der Partikel 4 erreicht, um eine gute Haftung der Schicht 2 auf der Zwischenschicht 13 zu gewährleisten. Ein Vorwärmen des Substrates 3 und/oder ein Abkühlen der Partikel 4 kann so verzichtbar sein. Alternativ kann beispielsweise das Substrat 3 vor dem Aufbringen der Zwischenschicht 13 und/oder nach dem Aufbringen derselben vorgewärmt werden. Bei dem Aufbringen der Schicht 2 auf die Zwischenschicht 13 mittels der Beschichtungsvorrichtung 1 können die Partikel 4 beispielsweise gekühlt werden.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens gemäß der Figur 4 wird eine insbesondere mittels eines Gießverfahrens auf das Substrat 3 aufgebrachte Schicht 13, vorzugsweise eine Lotschicht 13, welche beispielsweise eine nicht weiter dargestellte Beschädigung, wie einen Riss oder einen Ausbruch, aufweist, insbesondere zumindest teilweise von dem Substrat 1 entfernt. Insbesondere wird die Schicht 13 in einem Reparaturbereich 15 des Substrates 3 bzw. der Schicht 13 zumindest abschnittsweise entfernt. Beispielsweise wird die Schicht 13 lediglich bis zu einer vorbestimmten Tiefe oder bis auf das Substrat 3 abgetragen. Alternativ kann die Schicht 13 in dem Reparaturbereich 15 je nach Ausgestaltung der Beschädigung auch gar nicht abgetragen werden. Auf die verbleibende zu reparierende Lotschicht 13 bzw. auf das Substrat 3 wird mittels der Beschichtungsvorrichtung 1 als weitere Schicht die Schicht 2 aufgebracht. Vorzugsweise wird die weitere Schicht 2 mit der Schicht 13 als Zwischenschicht mittelbar auf das Substrat 3 aufgebracht. Die Lotschicht 13 weist eine sehr gute Haftung an dem Substrat 3 auf. Wodurch eine gute Anbindung der durch das Gießverfahren und das Spritzverfahren aufgebrachten Schichten 2, 13 auf dem Substrat 3 erzielt wird. Bei und/oder vor dem Aufbringen der Schicht 2 auf die Lotschicht 13 können das Substrat 3 und die Lotschicht 13 vorgewärmt werden. Alternativ oder zusätzlich können die Partikel 4 abgekühlt werden.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Vorrichtung
    2
    Schicht
    3
    Substrat
    4
    Partikel
    5
    Trägergas
    6
    Auftreffbereich
    7
    Heizeinrichtung
    8
    Wärmestrahlung
    9
    Partikel
    10
    Randbereich
    11
    Staupunkt
    12
    Kühleinrichtung
    13
    Schicht
    14
    Leiteinrichtung
    15
    Reparaturbereich

Claims (8)

  1. Verfahren zum Reparieren einer Schicht (13) auf einem Substrat (3) mit folgenden Verfahrensschritten:
    zumindest abschnittsweises Entfernen der zu reparierenden Schicht (13) in einem Reparaturbereich (15) von dem Substrat (3); und
    Aufbringen einer mit Partikeln (4) aufgebauten weiteren Schicht (2) auf dem Reparaturbereich (15) mittels eines Kaltgasspritzverfahrens.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Partikel (4) mit Überschallgeschwindigkeit auf den Reparaturbereich (15) auftreffen.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Substrat (3) und/oder die Schicht (13) mittels einer Heizeinrichtung (8) vorgewärmt werden.
  4. Verfahren wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Partikel (4) vor einem Auftreffen auf den Reparaturbereich (15) mittels eines tiefkalten, insbesondere verflüssigten, Kühlgases gekühlt werden.
  5. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Schicht (13) eine geringere Festigkeit als das Substrat (3) und eine höhere Festigkeit als die weitere Schicht (2) aufweist.
  6. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Schicht (13) mittels eines Gießverfahrens auf das Substrat (3) aufgebracht wird.
  7. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Schicht (13) als Lotschicht (13) ausgebildet ist.
  8. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Partikel (4) als Lotpartikel (4) ausgebildet sind.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108070854A (zh) * 2017-12-12 2018-05-25 沈阳农业大学 一种农用易磨损触土部件等离子熔覆工艺
DE102018127774A1 (de) * 2018-11-07 2020-05-07 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Bauteil sowie Verfahren zum Herstellen eines Bauteils
CN112643033A (zh) * 2020-11-23 2021-04-13 合肥通用机械研究院有限公司 一种加氢反应器堆焊裂纹的增材制造修复方法

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10320740A1 (de) 2003-05-09 2004-12-02 Newspray Gmbh Verfahren zum Verlöten zweier Teile
EP1383610B1 (de) 2001-04-24 2006-03-29 Innovative Technology, Inc. Vorrichtung und verfahren zur festkörper aufbringung und verdichtung von pulverteilchen mittels hochgeschwindigkeit und thermisch plastischer verformung
EP1816235A1 (de) * 2006-01-26 2007-08-08 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zum Ausbessern von Fehlstellen in Gussteilen
EP1857183A1 (de) * 2006-05-18 2007-11-21 Linde Aktiengesellschaft Vorrichtung zum Kaltgasspritzen
DE102006032110A1 (de) 2006-07-11 2008-01-24 Linde Ag Verfahren zum Beschichten eines Aluminium-Silizium-Guss-Gegenstands
DE102006039329B3 (de) 2006-08-16 2008-02-07 Aesculap Ag & Co. Kg Implantat und Verfahren zum Herstellen eines Implantats
DE102006044612A1 (de) 2006-09-19 2008-03-27 Linde Ag Verfahren zum Kaltgasspritzen
EP2062997A2 (de) * 2007-11-23 2009-05-27 MTU Aero Engines GmbH Verfahren zum Beschichten von Bauteilen
DE102007056451A1 (de) * 2007-11-23 2009-05-28 Mtu Aero Engines Gmbh Verfahren zur Reparatur eines Gasturbinenbauteils
WO2010030543A1 (en) 2008-09-09 2010-03-18 H.C. Starck Inc. Dynamic dehydriding of refractory metal powders

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1383610B1 (de) 2001-04-24 2006-03-29 Innovative Technology, Inc. Vorrichtung und verfahren zur festkörper aufbringung und verdichtung von pulverteilchen mittels hochgeschwindigkeit und thermisch plastischer verformung
DE10320740A1 (de) 2003-05-09 2004-12-02 Newspray Gmbh Verfahren zum Verlöten zweier Teile
EP1816235A1 (de) * 2006-01-26 2007-08-08 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zum Ausbessern von Fehlstellen in Gussteilen
EP1857183A1 (de) * 2006-05-18 2007-11-21 Linde Aktiengesellschaft Vorrichtung zum Kaltgasspritzen
DE102006032110A1 (de) 2006-07-11 2008-01-24 Linde Ag Verfahren zum Beschichten eines Aluminium-Silizium-Guss-Gegenstands
DE102006039329B3 (de) 2006-08-16 2008-02-07 Aesculap Ag & Co. Kg Implantat und Verfahren zum Herstellen eines Implantats
DE102006044612A1 (de) 2006-09-19 2008-03-27 Linde Ag Verfahren zum Kaltgasspritzen
EP2062997A2 (de) * 2007-11-23 2009-05-27 MTU Aero Engines GmbH Verfahren zum Beschichten von Bauteilen
DE102007056451A1 (de) * 2007-11-23 2009-05-28 Mtu Aero Engines Gmbh Verfahren zur Reparatur eines Gasturbinenbauteils
WO2010030543A1 (en) 2008-09-09 2010-03-18 H.C. Starck Inc. Dynamic dehydriding of refractory metal powders

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
RECH S ET AL: "Influence of pre-heated Al 6061 substrate temperature on the residual stresses of multipass Al coatings deposited by cold spray", JOURNAL OF THERMAL SPRAY TECHNOLOGY, vol. 20, no. 1-2, January 2011 (2011-01-01), SPRINGER NEW YORK [US], pages 243 - 251, XP002639506, DOI: 10.1007/S11666-010-9596-7 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108070854A (zh) * 2017-12-12 2018-05-25 沈阳农业大学 一种农用易磨损触土部件等离子熔覆工艺
DE102018127774A1 (de) * 2018-11-07 2020-05-07 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Bauteil sowie Verfahren zum Herstellen eines Bauteils
US12110596B2 (en) 2018-11-07 2024-10-08 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Structural element and method for producing a structural element
CN112643033A (zh) * 2020-11-23 2021-04-13 合肥通用机械研究院有限公司 一种加氢反应器堆焊裂纹的增材制造修复方法

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