RU2729687C2

RU2729687C2 - Method of masking a part on which a thermally sprayed coating is to be applied

Info

Publication number: RU2729687C2
Application number: RU2018119475A
Authority: RU
Inventors: Александер МИХЛА; Филипп ГАСТЕЛЬ; Александер ЗОЛЛЬБЕРГЕР; Мартин ШТЁКЛИ
Original assignee: Эрликон Метко Аг, Волен
Priority date: 2015-11-12
Filing date: 2016-11-09
Publication date: 2020-08-11
Also published as: EP3374534A1; CN108603274A; RU2018119475A3; EP3374534B1; RU2018119475A; JP2018537583A; WO2017081098A1; CA3004380A1; US20190144984A1; US20200283880A1; JP2021046615A; JP6876041B2

Abstract

FIELD: technological processes.

SUBSTANCE: invention relates to thermal spraying of coatings, particularly, to masking part of surface before thermal spraying. Method of applying mask on part surface prior to thermal spraying of coating comprises closing desired parts of part surface with mask using paste at least in areas of critical boundaries of mask, wherein paste is released from at least one nozzle and is a curable paste, curing is effected by radiation, preferably by ultraviolet radiation, wherein the masking includes a partial masking step and a complementary masking step, wherein the complementary masking step is carried out at least within the critical boundaries of the mask, and the partial masking step is carried out in a region located at a distance from the mask critical boundary region, wherein the partial masking method is not a paste using process, and the paste is selected so that the sealing roller occurring during application on the part has a contact angle of at least 90°. According to the second version, on the part in the area of at least one critical boundary of the mask, the first sealing roller is applied, and the second sealing roller is at least partially applied on said first sealing roller to form a double sealing roller, wherein the contact angle of the double sealing roller is at least 90°.

EFFECT: invention is aimed at improving the quality of applied coatings by increasing the accuracy of positioning the critical boundaries of the mask.

2 cl, 1 dwg

Description

Настоящее изобретение касается способа маскирования части поверхности детали, на которую должно быть нанесено покрытие посредством термического напыления.The present invention relates to a method for masking a portion of the surface of a part to be coated by thermal spray.

Термическое напыление представляет собой процесс нанесения покрытия, при котором материал, например, в виде порошка, непрерывно плавится. Возникающие при этом капельки отбрасываются на снабжаемую покрытием поверхность, вследствие чего сплющенные капельки скапливаются на поверхности. Создающиеся таким образом слоистые пласты приводят к нанесению покрытия, которое, например, может быть более твердым, более хрупким, а также более пористым, чем не снабженная покрытием деталь.Thermal spraying is a coating process in which a material, for example in powder form, is continuously melted. The resulting droplets are thrown onto the surface to be coated, whereby the flattened droplets accumulate on the surface. The laminated layers thus created result in a coating that, for example, may be harder, more brittle and also more porous than the uncoated part.

При этом следует заметить, что каждый плавящийся материал может распыляться, и что почти каждый материал детали и почти каждая геометрия детали может снабжаться покрытием. Достижимая этим способом степень автоматизации очень высока, точно так же, как и воспроизводимость, а также достижимое качество слоев.It should be noted, however, that every meltable material can be sprayed and that almost every part material and almost every part geometry can be coated. The degree of automation achievable in this way is very high, as well as the reproducibility and the quality of the layers attainable.

Однако во многих случаях не вся поверхность детали должна снабжаться покрытием. Поэтому те части поверхности, которые не должны снабжаться покрытием, должны укрываться, т.е. маскироваться. К сожалению, достижимая при маскировании степень автоматизации до сих пор очень низка. Во многих случаях детали еще маскируются вручную.However, in many cases, not the entire surface of the part needs to be coated. Therefore, those parts of the surface that are not to be covered must be covered, i.e. disguise themselves. Unfortunately, the degree of automation achievable with masking is still very low. In many cases, details are still manually masked.

С одной стороны, находят применение накладные маски, как описано, например, в JP 3158451 или US 6645299. С другой стороны, применяют клеящиеся маски из клейких лент, которые наклеиваются прямо на не снабжаемые покрытием части поверхности.On the one hand, false masks are used, as described, for example, in JP 3158451 or US 6645299. On the other hand, adhesive masks of adhesive tapes are used, which are adhered directly to the uncoated parts of the surface.

Небольшой обзор распространенных способов маскирования в связи с термическим напылением дан в WO2010/031370 A1. Там также делается ссылка на возможность нанесения маскировки из лака или из содержащей связующее средство смеси на подлежащую защите область, как это, например, описано в US 4464430. Однако там маскирование осуществляется посредством нанесения покрытия погружением, когда не снабжаемые покрытием посредством термического напыления части поверхности погружаются в погружную ванну. Этот способ, конечно, ограничен очень малым количеством геометрий.A short overview of common masking techniques in connection with thermal spraying is given in WO2010 / 031370 A1. It also refers to the possibility of applying a masking from a varnish or from a mixture containing a binder to the area to be protected, as is described, for example, in US Pat. in an immersion bath. This method is of course limited to a very small number of geometries.

В самой WO2010/031370 A1 описывается маскирование, которое выполняется из упругого материала, имеющего слегка уменьшенный размер. Под описанными там материалами находятся также, например, эластомеры. При нанесении маскировки на деталь маскировка вследствие уменьшенного размера очень плотно присоединяется к детали. Этот вид маскировки хорошо функционирует, прежде всего, тогда, когда деталь должна маскироваться со всех сторон.WO2010 / 031370 A1 itself describes a masking that is made from an elastic material having a slightly reduced size. The materials described there also include, for example, elastomers. When masking a part, the masking is very tightly attached to the part due to the reduced size. This type of camouflage works well, especially when the detail must be camouflaged from all sides.

Все вышеописанные методы обладают по меньшей мере двумя недостатками: с одной стороны, они не могут автоматизироваться, или если вообще могут, то только с очень большими техническими издержками. С другой стороны, во многих случаях они не допускают желаемой в данном случае применения точности. Так, во многих случаях применения те линии, которые задают переходы от снабжаемых покрытием к не снабжаемым покрытием частям поверхности, должны соблюдаться очень точно и, прежде всего воспроизводимо. Такие линии называются далее критическими границами маски.All of the above methods have at least two drawbacks: on the one hand, they cannot be automated, or if they can at all, then only with very high technical costs. On the other hand, in many cases they do not allow the desired accuracy in this application. Thus, in many applications, the lines that define the transitions from coated to uncoated portions of the surface must be followed very precisely and above all reproducibly. Such lines are referred to below as critical mask boundaries.

При этом ясно, что могут также иметься определяющие переходы линии, которые требуют меньшей точности. Далее они называются некритическими границами маски.It is clear that there may also be defining line transitions that require less precision. Hereinafter, they are called non-critical mask boundaries.

Поэтому в основе настоящего изобретения лежит задача, указать широко автоматизированный метод маскирования, который позволяет позиционировать критические границы маски с требуемой высокой точностью.Therefore, the object of the present invention is to provide a widely automated masking method that allows positioning the critical mask boundaries with the required high accuracy.

В соответствии с изобретением маска по меньшей мере вдоль критических границ маски реализуется посредством пасты, которая выпускается из форсунки. Используемый в настоящем описании термин «паста» означает жидкий материал, который обладает такой степенью вязкости, что он может наноситься на поверхность детали в виде уплотнительного валика с любой формой контура, не растекаясь на поверхности. В соответствии с изобретением паста является отверждаемой.According to the invention, the mask is realized at least along the critical boundaries of the mask by means of a paste which is discharged from a nozzle. Used in the present description, the term "paste" means a liquid material that has such a degree of viscosity that it can be applied to the surface of the part in the form of a sealing bead with any shape of the contour, without spreading on the surface. In accordance with the invention, the paste is curable.

Вязкость имеет большое влияние на точность, с которой должен создаваться уплотнительный валик с его геометрической особенностью (создание затенения). По этой причине по одному из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения паста и/или маскируемая деталь обрабатывается и наносится в заданной темперированной окружающей среде (охлажденной).The viscosity has a large influence on the precision with which the seal bead with its geometric feature (shading) must be created. For this reason, in one preferred embodiment of the present invention, the paste and / or mask is processed and applied in a predetermined tempered (cooled) environment.

Например, отверждение может осуществляться путем испарения содержащегося в пасте растворителя. Однако по одному из предпочтительных вариантов осуществления отверждение по меньшей мере частично реализуется путем сшивания, в частности предпочтительно путем сшивания под воздействием излучения.For example, curing can be carried out by evaporation of the solvent contained in the paste. However, in a preferred embodiment, the curing is at least partially realized by crosslinking, in particular preferably by radiation crosslinking.

По одному из особенно предпочтительных вариантов осуществления находит применение паста, отверждаемая ультрафиолетом. Это, в частности, предпочтительно потому, что паста должна только слегка отверждаться незадолго до ее нанесения на деталь. В рамках термического напыления, и прежде всего тогда, когда речь идет о плазменном способе, деталь по условиям плазменного способа подвергается действию более интенсивного ультрафиолетового излучения, что приводит к дальнейшему отверждению и в идеальном случае полному отверждению. Благодаря тому, что паста сначала должна только слегка отверждаться, могут применяться более экономичные источники ультрафиолета и/или сокращаться время облучения ультрафиолетом.In one particularly preferred embodiment, an ultraviolet curable paste is used. This is particularly advantageous because the paste only needs to cure slightly shortly before being applied to the part. In the context of thermal spraying, and especially when it comes to the plasma process, the part is exposed to more intense ultraviolet radiation under the conditions of the plasma process, which leads to further curing and, ideally, complete curing. Due to the fact that the paste only needs to cure slightly at first, more economical UV sources can be used and / or shorter UV exposure times.

По другому варианту осуществления настоящего изобретения маскирование совершается за два этапа. Соответственно этому маскируемые поверхности маскируются одним из способов, которые уже известны из уровня техники, однако при этом в области критических границ маски не предусмотрено маскирование с помощью соответственно известных средств. То есть речь идет о частичном маскировании, при этом области вокруг критических границ маски пропускаются. Затем области вокруг критических границ маски по этому варианту осуществления маскируются вышеупомянутым способом, т.е. маскирующая паста посредством по меньшей мере одной форсунки наносится на эти области, и так завершается маскирование. При этом предпочтительно следует обратить внимание на то, что при завершении маскирования происходит перекрытие с частичным маскированием, чтобы гарантировать, что между частичным маскированием и завершающим маскированием не возникнут немаскированные области.In another embodiment of the present invention, masking is performed in two steps. Accordingly, the masked surfaces are masked in one of the ways that are already known from the prior art, however, in the region of the critical edges of the mask, masking is not provided by correspondingly known means. That is, we are talking about partial masking, while the areas around the critical boundaries of the mask are skipped. The regions around the critical edges of the mask of this embodiment are then masked in the above manner, i. E. masking paste is applied to these areas by means of at least one nozzle, and thus the masking is completed. In doing so, it should preferably be noted that an overlap with partial masking occurs at the end of masking, in order to ensure that no unmasked regions occur between the partial masking and the final masking.

При этом способе особенно предпочтительно, что маскирование относительно больших поверхностей, которые при процессе с использованием пасты отнимали бы много времени, может наноситься относительно неточно в отношении положения способом, а критические краевые области критических границ маски процессом с использованием пасты могут наноситься очень точно. Неточный способ может относительно просто автоматизироваться. Также возможна автоматизация процесса с использованием пасты. При процессе с использованием пасты необходимо, чтобы место выпуска форсунки двигалось относительно маскируемых, близких к границе маски областей в ходе раздачи пасты. При этом либо форсунка, либо деталь может быть установлена на роботе. Предпочтительно в случае более мелких маскируемых деталей, чтобы деталь монтировалась бы на руке робота, так как тогда соединение форсунки с резервуаром для пасты, которое чаще всего обеспечивается с помощью шлангов, не подвергается какому-либо перемещению. Но в случае деталей большего размера, которые перемещать труднее, может быть предпочтительно монтировать форсунку на руке робота. Выражаясь более обобщенно, могут быть предусмотрены средства для позиционирования и/или ориентирования детали и/или средства для позиционирования и/или ориентирования указанной по меньшей мере одной форсунки.With this method, it is particularly advantageous that the masking of relatively large surfaces, which would be time-consuming in the paste process, can be applied relatively inaccurately with respect to position by the method, and the critical edge regions of the critical boundaries of the mask can be applied very accurately by the paste process. An imprecise method can be relatively easy to automate. It is also possible to automate the process using paste. In the process using paste, it is necessary for the nozzle outlet to move relative to the masked areas close to the mask border during the dispensing of the paste. In this case, either the nozzle or the part can be installed on the robot. Preferably, in the case of smaller masking parts, the part is mounted on the robot's arm, since then the connection of the nozzle to the paste reservoir, which is usually provided by means of hoses, is not subject to any movement. But in the case of larger parts that are more difficult to move, it may be preferable to mount the nozzle on the robot arm. More generally, means for positioning and / or orienting the part and / or means for positioning and / or orienting said at least one nozzle may be provided.

Благодаря управляемому роботом перемещению в пространстве можно осуществлять перемещение по траекториям свободной формы.Thanks to robot-controlled movement in space, movement along free-form paths can be performed.

Как уже описано выше, критическая граница маски описывается точным уплотнительным валиком. Некритические границы маски могут подразделяться по меньшей мере на две категории, а именно, нанесение, например, простых оболочек. Однако в некоторых случаях не поднутрения не могут наноситься оболочки, или они при известных условиях ограничивали бы процесс раздачи. По этой причине по одному из предпочтительных вариантов осуществления во втором диспенсере находит применение низковязкий пастообразный материал. Вследствие низкой вязкости он стекает, и так может очень хорошо наноситься на поверхность. Перед этим накладываются точные уплотнительные валики.As already described above, the critical edge of the mask is described by a precise sealing bead. The non-critical mask boundaries can be classified into at least two categories, namely the application of simple skins, for example. However, in some cases, no undercuts cannot be applied or they would under certain conditions limit the dispensing process. For this reason, in a preferred embodiment, a low-viscosity pasty material is used in the second dispenser. Due to its low viscosity, it runs off and can be applied very well to the surface. Before this, precise sealing beads are applied.

Как уже указывалось, точное маскирование в области критических границ маски необходимо во многих применениях. Но изобретатели установили, что иногда в этих областях, хотя маскировка наносилась очень точно, после удаления маскировки отсутствовал нанесенный термическим напылением слой. Из этого наблюдения родилась идея, попробовать реализовать маскировку вдоль критических границ маски не медленно поднимающейся, а с высокой крутизной. За этим стоит предположение, что, когда на переходе от снабжаемой покрытием области к не снабжаемой покрытием области термически напыленный слой реализован как непрерывный слой, выходящий за критическую границу маски, при удалении покрытия компоненты напыленного слоя увлекаются за границу маски.As already indicated, accurate masking around the critical edges of the mask is necessary in many applications. But the inventors found that sometimes in these areas, although the mask was applied very accurately, after the mask was removed, the thermal spray layer was missing. From this observation, the idea was born to try to implement masking along the critical boundaries of the mask not slowly rising, but with a high steepness. Behind this is the assumption that when, at the transition from the coated area to the uncoated area, the thermally sprayed layer is implemented as a continuous layer extending beyond the critical boundary of the mask, when the coating is removed, the components of the sprayed layer are entrained outside the mask boundary.

Поэтому, чтобы избежать такого непрерывного слоя, предпочтительно паста адаптируется к материалу маскируемой детали так, что получается угол контакта по меньшей мере 90°. Затем толщина маски у критической границы маски возрастает не непрерывно, а образует по меньшей мере перпендикулярную, если даже не нависающую стенку. Это приводит к тому, что термически напыленный слой по существу прерван у критической границы маски. Поэтому при удалении маскировки никакие части слоя не увлекаются за критическую границу маски. Если угол контакта превышает 90°, то возникает усиленный эффект затенения, что также способствует отделению напыленных слоев слева и справа от критической границы маски. Чтобы еще больше усилить этот эффект затенения, в одном из особенно предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения на первый уплотнительный валик накладывается по меньшей мере один второй уплотнительный валик. Этот второй уплотнительный валик наносится так, что реализуется усиленное нависание, что имеет следствием усиление эффекта затенения.Therefore, in order to avoid such a continuous layer, preferably the paste adapts to the material of the masked part so that a contact angle of at least 90 ° is obtained. Then the thickness of the mask at the critical edge of the mask does not increase continuously, but forms at least a perpendicular, if not even overhanging, wall. This results in the thermally sprayed layer being substantially interrupted at the critical edge of the mask. Therefore, when you remove masking, no part of the layer is dragged past the critical boundary of the mask. If the contact angle exceeds 90 °, then an enhanced shading effect occurs, which also contributes to the separation of the deposited layers to the left and right of the critical boundary of the mask. To further enhance this shading effect, in one particularly preferred embodiment of the present invention, at least one second sealing bead is superposed on the first sealing bead. This second sealing bead is applied in such a way that an increased overhang is realized, which results in an increased shading effect.

При этом угол контакта определяется аналогично углу контакта у граничной поверхности между жидкостью и твердым веществом, так как, когда наносится паста, образуется угол контакта, причем этот угол контакта, независимо от того, отверждается ли паста или нет, по существу не изменяется во время всего процесса. То есть как угол контакта далее определяется угол, который заключается поверхностью детали у граничной поверхности между деталью и уплотнительным валиком, и касательной в поверхности уплотнительного валика или, соответственно, касательной к поверхностям двойных уплотнительных валиков.In this case, the contact angle is determined similarly to the contact angle at the interface between the liquid and the solid, since when the paste is applied, a contact angle is formed, and this contact angle, regardless of whether the paste cures or not, does not substantially change during the entire process. That is, as the contact angle, the angle that lies between the surface of the part at the boundary surface between the part and the sealing bead, and the tangent in the surface of the sealing bead or, respectively, tangent to the surfaces of the double sealing beads, is further defined.

Фиг.1 иллюстрирует соответствующую ситуацию, при которой на деталь 1 нанесены два находящихся друг на друге уплотнительных валика 3, причем таким образом, что угол контакта α > 90° (видно на левом крае фигуры). Угол контакта α < 90° был бы не оптимален, так как здесь могут возникать проблемы отслоения слоя 5 (видно на правом крае фигуры).Fig. 1 illustrates a corresponding situation in which two sealing beads 3 are applied to the part 1, which are located one on top of the other, and in such a way that the contact angle α> 90 ° (seen on the left edge of the figure). A contact angle α <90 ° would not be optimal, as there may be problems with peeling layer 5 (seen on the right edge of the figure).

Claims

1. The method of applying a mask to the surface of the part before thermal spraying of the coating, while not the entire surface of the part should be coated, and those parts of the surface that should not be coated are covered by masking before coating, and the closure is performed by processes using paste at least in the regions of the critical boundaries of the mask, wherein the paste is discharged from at least one nozzle, the paste being a curable paste, and the curing is carried out by exposure to radiation, preferably by means of ultraviolet radiation, characterized in that the masking includes a partial masking step and a complementary masking step, wherein the complementary masking step is performed at least in the region of the critical mask boundaries, and the partial masking step is performed in an area located at a distance from the region of the critical mask boundary, and the partial masking is not a process with use By using a paste, the paste being selected so that the sealing bead resulting from application to the part has a contact angle of at least 90 °.

2. The method of applying a mask to the surface of the part before thermal spraying of the coating, while not the entire surface of the part should be coated, and those parts of the surface that should not be coated are covered by masking before coating, and the closure is performed by processes using paste at least in the regions of the critical boundaries of the mask, wherein the paste is discharged from at least one nozzle, the paste being a curable paste, and the curing is carried out by exposure to radiation, preferably by means of ultraviolet radiation, characterized in that during the process using the paste on the part in the region of at least one critical boundary of the mask, a first sealing bead is applied, and a second sealing bead is at least partially applied to this first sealing bead to form a double sealing bead, the contact angle of the double sealing bead being at least at least 90 °.