WO2004029319A2 - Method for coating a work piece - Google Patents
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- WO2004029319A2 WO2004029319A2 PCT/EP2003/010387 EP0310387W WO2004029319A2 WO 2004029319 A2 WO2004029319 A2 WO 2004029319A2 EP 0310387 W EP0310387 W EP 0310387W WO 2004029319 A2 WO2004029319 A2 WO 2004029319A2
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- 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 coating a workpiece according to the preamble of patent claim 1.
- thermal spraying is a coating process in which an at least partially meltable material is melted and accelerated in a hot gas jet and then sprayed or sprayed onto, for example, a surface of the workpiece to be coated. Since almost all fusible materials can be used, thermal spraying can be used to create coatings with different properties or functions, such as thermal insulation, corrosion protection or wear protection. In thermal spraying, there are almost unlimited possible combinations between the material of the object to be coated and the at least partially meltable material to be used for the coating. Depending on the heat source used, a distinction is made between different thermal spraying processes, for example plasma spraying, arc spraying, flame spraying or high-speed flame spraying.
- the selection of a suitable heat source and thus the selection of the appropriate thermal spraying process depends, for example, on the material to be used for the coating, the desired properties of the coating and the respective costs.
- a thermal spray powder according to EP 0 487 273 B1 is preferably used as the thermally active material for the coating.
- Such a spray powder according to EP 0 487 273 B1 is preferably applied by plasma spraying onto the layered workpiece applied, a suitable plasma torch or plasmatron is shown for example in EP 0 851 720 B1.
- the quality control of the resulting coating plays an important role.
- the coated workpiece can only pass quality control and, if necessary, be further processed if the coating fulfills specified quality criteria.
- the properties of use of the layer such as hardness, tensile adhesive strength, are usually present in large ranges of scatter.
- properties of use of the layer such as hardness, tensile adhesive strength, are usually present in large ranges of scatter.
- at least for certain usage parameters e.g. the hardness of abradable coatings in compressor casings of gas turbines, tighter tolerances required.
- the present invention is based on the problem of creating a novel method for coating a workpiece. Certain usage properties, such as hardness, should be reproducibly adjustable.
- a material is applied to the workpiece by thermal spraying, the spraying process being monitored and evaluated.
- the quality control required to destroy the workpiece to be coated which is required by the prior art, can be dispensed with and individual usage properties of the coating can be reproducibly introduced and produced within the desired tolerances.
- the spraying process is monitored and evaluated online, the spraying process depending on the online monitoring is regulated. This allows the coating process to be influenced in a corrective manner.
- Plasma spraying is preferably used as thermal spraying, properties of a plasma jet and / or properties of a particle beam being monitored and evaluated.
- a luminance distribution of the plasma jet and / or the particle beam is recorded with the aid of a camera, the plasma spraying being influenced as a function of the luminance distribution determined.
- Fig. 1 a highly schematic representation of a device for coating a
- the invention relates to a method for coating a material by means of thermal spraying.
- thermal spraying an at least partially meltable material is melted and sprayed or sprayed in molten form onto a workpiece to be coated.
- plasma spraying the invention is, however, not intended to be limited to plasma spraying. Rather, the invention can also be used in all other thermal spray processes. However, the invention can be used particularly advantageously in plasma spraying.
- EP 0 851 720 B1 discloses a plasma torch or plasmatron suitable for plasma spraying.
- EP 0 487 273 B1 discloses a thermal spray powder which is suitable as a material for coating a workpiece.
- an arc is ignited. This arc heats a plasma gas flowing through the plasmatron.
- Argon, hydrogen, nitrogen, helium or mixtures of these gases are used as plasma gases, for example. Heating the plasma gas creates a plasma jet that can reach temperatures of up to 20,000 ° C in the core.
- the material used for coating for example the thermal spray powder known from EP 0 487 273, is injected into the plasma jet using a carrier gas and melted there. Furthermore, this material to be used for the coating is accelerated to a high speed by the plasma jet. The material melted and accelerated in this way is applied to the workpiece to be coated, namely sprayed on.
- a spray jet is formed here, the spray jet being formed on the one hand by the plasma jet and on the other hand by the particle jet of the molten material. The particles of the material impact with high thermal and kinetic energy on a surface of the workpiece to be coated and form a coating there.
- the desired properties of the coating such as its hardness, are formed.
- the layer properties depend on various parameters of the coating process.
- thermal spraying processes such as plasma spraying
- the properties of the resulting coatings are subject to large variations even with apparently constant parameters of the coating process.
- the complex relationships between the process parameters and the properties of the coating that forms are responsible for this.
- the coating process is therefore extremely sensitive to fluctuations in the coating process.
- FIG. 1 shows, in a highly schematic manner, a spray jet 10 which occurs during plasma spraying.
- the spray jet 10 is optically monitored by a camera 11, which in the exemplary embodiment shown is designed as a CCD camera.
- the image captured or determined by the camera 11 is fed to an image processing system, not shown in detail.
- properties of the optically monitored spray jet are determined from the data recorded by the camera 11.
- FIG. 1 shows an evaluation pattern 12 for evaluating the data of the spray jet 10 recorded by the camera 11.
- the properties of a plasma jet 13 and also properties of a particle beam 14 are recorded by the camera 11.
- the camera 11 determines a luminance distribution of the plasma beam 13 and a luminance distribution of the particle beam 14.
- contour lines with the same luminous intensity are determined in the image processing system.
- Ellipses 15 are inscribed in such contour lines with the same luminous intensity as shown in FIG. 1. This is done both for the plasma beam 13 and for the particle beam 14.
- the ellipses 15 inscribed in the contour lines have characteristic geometric parameters. These geometric parameters of the ellipses 15 are semiaxes a and b and the center of gravity of the ellipses, which can be identified in FIG. 1 by the coordinates Sx and Sy. From these characteristic data of the ellipses 15, the properties of the spray jet and ultimately the properties of the coating that is produced during the spraying process can be clearly concluded.
- the geometric parameters of the ellipses 15 determined from the optical monitoring of the spray jet, which correspond to properties of the spray jet 10, are compared with predetermined values for these properties or predetermined ellipse parameters.
- predetermined ellipse parameters can be determined by a correlation between the process parameters of the spraying process, the particle properties of the molten material and the properties of the resulting coating. If a deviation of the determined properties of the spray jet from the predetermined values for the properties is recognized, the spraying process can either be stopped or, depending on this deviation, can be regulated in such a way that the predetermined properties of the spray jet are achieved.
- the spray jet is monitored on the basis of its luminance distribution, and the properties of the coating which is established can be inferred from an evaluation of the luminance distribution.
- other properties of the spray jet can also be optically recorded and evaluated.
- a particle temperature and / or particle speed and / or particle size of the spray jet can also be monitored.
- the properties of the resulting coating can also be concluded from these properties.
- the method according to the invention is particularly suitable for coating compressor housings, so that unarmored titanium / nickel blades of a gas turbine can, for example, touch with the thermal spray powder known from EP 0 487 273 B1 without damage. So far it has not been possible to reproducibly produce a coating on the compressor housing from the spray powder according to EP 0 487 273 B1 with low hardness for unarmored titanium / nickel blades.
- the spraying process can be continuously monitored online and influenced accordingly.
- the spray jet can be monitored and evaluated before, during and / or after the coating of the workpiece to be coated. This makes it possible for the first time to produce a coating in a reproducible manner. LIST OF REFERENCE NUMBERS
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Abstract
The invention relates to a method for coating a work piece. A material is applied to the work piece by means of thermal spraying. According to the invention, the spraying step is monitored and evaluated.
Description
Verfahren zur Beschichtung eines Werkstücks Process for coating a workpiece
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung eines Werkstücks gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a method for coating a workpiece according to the preamble of patent claim 1.
Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Verfahren zur Beschichtung von Werkstücken bekannt. Beim sogenannten thermischen Spritzen handelt es sich um ein Beschichtungsver- fahren, bei welchem ein wenigstens teilweise schmelzbarer Werkstoff in einem Heißgasstrahl geschmolzen und beschleunigt wird und sodann auf zum Beispiel eine zu beschichtende Oberfläche des Werkstücks gespritzt bzw. gesprüht wird. Da nahezu alle schmelzbaren Werkstoffe verwendet werden können, lassen sich durch thermisches Spritzen Beschichtungen mit unterschiedlichen Eigenschaften bzw. Funktionen wie zum Beispiel Wärmedämmung, Korrosionsschutz oder Verschleißschutz realisieren. Beim thermischen Spritzen gibt es nahezu unbegrenzte Kombinationsmöglichkeiten zwischen dem Werkstoff des zu beschichtenden Gegenstands und dem für die Beschichtung zu verwendenden, wenigstens teilweise schmelzbaren Werkstoff. Abhängig von der verwendeten Wärmequelle unterscheidet man verschiedene thermischen Spritzverfahren, nämlich zum Beispiel das Plasmaspritzen, Lichtbogenspritzen, Flammspritzen oder auch Hochgeschwindigkeitsflammspritzen.Numerous methods for coating workpieces are known from the prior art. So-called thermal spraying is a coating process in which an at least partially meltable material is melted and accelerated in a hot gas jet and then sprayed or sprayed onto, for example, a surface of the workpiece to be coated. Since almost all fusible materials can be used, thermal spraying can be used to create coatings with different properties or functions, such as thermal insulation, corrosion protection or wear protection. In thermal spraying, there are almost unlimited possible combinations between the material of the object to be coated and the at least partially meltable material to be used for the coating. Depending on the heat source used, a distinction is made between different thermal spraying processes, for example plasma spraying, arc spraying, flame spraying or high-speed flame spraying.
Die Auswahl einer geeigneten Wärmequelle und damit die Auswahl des entsprechenden thermischen Spritzverfahrens hängt zum Beispiel vom für die Beschichtung zu verwendenden Werkstoff, den gewünschten Eigenschaften der Beschichtung und von den jeweiligen Kosten ab.The selection of a suitable heat source and thus the selection of the appropriate thermal spraying process depends, for example, on the material to be used for the coating, the desired properties of the coating and the respective costs.
Bei der Beschichtung von Schaufeln einer Gasturbine, die vorzugsweise aus Titan/Nickel- Legierungen bestehen, kommt als thermisch aktiver Werkstoff für die Beschichtung bevorzugt ein thermisches Sprühpulver gemäß EP 0 487 273 B1 zum Einsatz. Ein solches Sprühpulver gemäß EP 0 487 273 B1 wird vorzugsweise durch Plasmaspritzen auf das zu be-
schichtende Werkstück aufgebracht, wobei ein geeigneter Plasmabrenner bzw. geeignetes Plasmatron zum Beispiel in der EP 0 851 720 B1 gezeigt ist.When coating blades of a gas turbine, which preferably consist of titanium / nickel alloys, a thermal spray powder according to EP 0 487 273 B1 is preferably used as the thermally active material for the coating. Such a spray powder according to EP 0 487 273 B1 is preferably applied by plasma spraying onto the layered workpiece applied, a suitable plasma torch or plasmatron is shown for example in EP 0 851 720 B1.
Bei der Beschichtung von Werkstücken mit einem thermischen Spritzverfahren kommt der Qualitätskontrolle der sich einstellenden Beschichtung eine wichtige Rolle zu. Nur dann, wenn die Beschichtung vorgegebene Qualitätskriterien erfüllt, kann das beschichtete Werkstück die Qualitätskontrolle passieren und gegebenenfalls weiterverarbeitet werden.When coating workpieces with a thermal spray process, the quality control of the resulting coating plays an important role. The coated workpiece can only pass quality control and, if necessary, be further processed if the coating fulfills specified quality criteria.
Nach dem Stand der Technik werden zur Qualitätskontrolle z.B. zerstörende Prüfmethoden stichprobenartig eingesetzt. Eine solche das Werkstück zerstörende Qualitätskontrolle ist zum einen kosten- und zeitintensiv, zum anderen können nur stichprobenartige Kontrollen durchgeführt werden.According to the state of the art, e.g. destructive test methods used on a random basis. Such a quality control, which destroys the workpiece, is costly and time-consuming, on the one hand, and only random checks can be carried out.
Beim thermischen Spritzen liegen die Gebrauchseigenschaften der Schicht, wie Härte, Haftzugfestigkeit, üblicherweise in großen Streuungsbereichen vor. Bei speziellen Anwendungen sind wenigstens für bestimmte Gebrauchsparameter, wie z.B. die Härte bei Anstreifbelägen in Verdichtergehäusen von Gasturbinen, engere Toleranzen erforderlich.In thermal spraying, the properties of use of the layer, such as hardness, tensile adhesive strength, are usually present in large ranges of scatter. In special applications, at least for certain usage parameters, e.g. the hardness of abradable coatings in compressor casings of gas turbines, tighter tolerances required.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, ein neuartiges Verfahren zur Beschichtung eines Werkstücks zu schaffen. Es sollen bestimmte Gebrauchseigenschaften, wie Härte, reproduzierbar einstellbar sein.Proceeding from this, the present invention is based on the problem of creating a novel method for coating a workpiece. Certain usage properties, such as hardness, should be reproducibly adjustable.
Dieses Problem wird dadurch gelöst, dass das Eingangs genannte Verfahren durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 weitergebildet ist.This problem is solved in that the method mentioned at the outset is further developed by the features of the characterizing part of patent claim 1.
Erfindungsgemaß wird ein Werkstoff durch thermisches Spritzen auf das Werkstück aufgetragen, wobei der Spritzvorgang überwacht und ausgewertet wird. Hierdurch kann die nach dem Stand der Technik erforderliche, das zu beschichtende Werkstück zerstörende Qualitätskontrolle entfallen und einzelne Gebrauchseigenschaften der Beschichtung in gewünschten Toleranzen reproduzierbar ein- und hergestellt werden.According to the invention, a material is applied to the workpiece by thermal spraying, the spraying process being monitored and evaluated. As a result, the quality control required to destroy the workpiece to be coated, which is required by the prior art, can be dispensed with and individual usage properties of the coating can be reproducibly introduced and produced within the desired tolerances.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Spritzvorgang online überwacht und ausgewertet, wobei der Spritzvorgang abhängig von der Online-Überwachung
geregelt wird. Dies erlaubt eine korrigierend wirkende Beeinflussung des Beschichtungsvor- gangs.According to an advantageous embodiment of the invention, the spraying process is monitored and evaluated online, the spraying process depending on the online monitoring is regulated. This allows the coating process to be influenced in a corrective manner.
Vorzugsweise wird als thermisches Spritzen Plasmaspritzen verwendet, wobei Eigenschaften eines Plasmastrahls und/oder Eigenschaften eines Partikelstrahls überwacht und ausgewertet werden. Mit Hilfe einer Kamera wird hierzu eine Leuchtdichteverteilung des Plasmastrahls und/oder des Partikelstrahls erfasst, wobei abhängig von der ermittelten Leuchtdichteverteilung das Plasmaspritzen beeinflusst wird.Plasma spraying is preferably used as thermal spraying, properties of a plasma jet and / or properties of a particle beam being monitored and evaluated. For this purpose, a luminance distribution of the plasma jet and / or the particle beam is recorded with the aid of a camera, the plasma spraying being influenced as a function of the luminance distribution determined.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.Preferred developments of the invention result from the dependent subclaims and the following description.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:An embodiment of the invention is explained in more detail with reference to the drawing, without being limited to this. The drawing shows:
Fig. 1 : eine stark schematisierte Darstellung einer Vorrichtung zur Beschichtung einesFig. 1: a highly schematic representation of a device for coating a
Werkstücks zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens.Workpiece to illustrate the method according to the invention.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten eines Werkstoffs mittels thermischem Spritzen. Beim thermischen Spritzen wird ein zumindest teilweise schmelzbarer Werkstoff geschmolzen und in geschmolzener Form auf ein zu beschichtendes Werkstück gespritzt bzw. gesprüht. Wenn nachfolgend die Erfindung beispielhaft für das sogenannte Plasmaspritzen beschrieben wird, so soll die Erfindung jedoch nicht auf das Plasmaspritzen beschränkt sein. Vielmehr kann die Erfindung auch bei allen anderen thermischen Spritzverfahren zum Einsatz kommen. Die Erfindung lässt sich jedoch besonders vorteilhaft beim Plasmaspritzen verwenden.The invention relates to a method for coating a material by means of thermal spraying. In thermal spraying, an at least partially meltable material is melted and sprayed or sprayed in molten form onto a workpiece to be coated. If the invention is described below by way of example for what is known as plasma spraying, the invention is, however, not intended to be limited to plasma spraying. Rather, the invention can also be used in all other thermal spray processes. However, the invention can be used particularly advantageously in plasma spraying.
Das Plasmaspritzen als solches ist aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. So offenbart zum Beispiel die EP 0 851 720 B1 ein für das Plasmaspritzen geeigneten Plasmabrenner bzw. geeignetes Plasmatron. Die EP 0 487 273 B1 offenbart ein thermisches Sprühpulver, welches als Werkstoff zum Beschichten eines Werkstücks geeignet ist. Der Vollständigkeit halber soll lediglich angemerkt werden, dass beim Plasmaspritzen zwischen einer Kathode und einer Anode eines nicht-dargestellten Plasmatrons ein Lichtbogen ge-
zündet wird. Dieser Lichtbogen erhitzt ein durch das Plasmatron strömendes Plasmagas. Als Plasmagase werden zum Beispiel Argon, Wasserstoff, Stickstoff, Helium oder Gemische dieser Gase verwendet. Durch das Erhitzen des Plasmagases stellt sich ein Plasmastrahl ein, der im Kern Temperaturen von bis 20.000°C erreichen kann. Der zur Beschichtung verwendete Werkstoff, zum Beispiel das aus der EP 0 487 273 bekannte thermische Sprühpulver, wird mithilfe eines Trägergases in den Plasmastrahl injiziert und dort geschmolzen. Des weiteren wird dieser für die Beschichtung zu verwendende Werkstoff durch den Plasmastrahl auf ein eine hohe Geschwindigkeit beschleunigt. Der auf diese Art und Weise geschmolzene sowie beschleunigte Werkstoff wird auf das zu beschichtende Werkstück aufgetragen, nämlich aufgespritzt. Hierbei bildet sich ein Spritzstrahl aus, wobei der Spritzstrahl zum einen von dem Plasmastrahl und zum anderen von dem Partikelstrahl des geschmolzenen Werkstoff gebildet wird. Die Partikel des Werkstoffs prallen mit einer hohen thermischen sowie kinetischen Energie auf eine Oberfläche des zu beschichtenden Werkstücks auf und bilden dort eine Beschichtung. Abhängig von den Parametern des Spritzprozesses bilden sich die gewünschten Eigenschaften der Beschichtung , wie z.B. deren Härte, aus.Plasma spraying as such is well known from the prior art. For example, EP 0 851 720 B1 discloses a plasma torch or plasmatron suitable for plasma spraying. EP 0 487 273 B1 discloses a thermal spray powder which is suitable as a material for coating a workpiece. For the sake of completeness, it should only be noted that when plasma is sprayed between an cathode and an anode of a plasmatron (not shown), an arc is is ignited. This arc heats a plasma gas flowing through the plasmatron. Argon, hydrogen, nitrogen, helium or mixtures of these gases are used as plasma gases, for example. Heating the plasma gas creates a plasma jet that can reach temperatures of up to 20,000 ° C in the core. The material used for coating, for example the thermal spray powder known from EP 0 487 273, is injected into the plasma jet using a carrier gas and melted there. Furthermore, this material to be used for the coating is accelerated to a high speed by the plasma jet. The material melted and accelerated in this way is applied to the workpiece to be coated, namely sprayed on. A spray jet is formed here, the spray jet being formed on the one hand by the plasma jet and on the other hand by the particle jet of the molten material. The particles of the material impact with high thermal and kinetic energy on a surface of the workpiece to be coated and form a coating there. Depending on the parameters of the spraying process, the desired properties of the coating, such as its hardness, are formed.
Die Schichteigenschaften sind, wie bereits erwähnt, von verschiedenen Parametern des Beschichtungsvorgangs abhängig. Obwohl thermische Spritzprozesse, wie zum Beispiel Plasmaspritzen, bereits gut erforscht sind, unterliegen die Eigenschaften der sich einstellenden Beschichtungen selbst bei scheinbar konstanten Parametern des Beschichtungspro- zesses großen Streuungen. Hierfür sind die komplexen Zusammenhänge zwischen den Prozessparametern und den Eigenschaften der sich ausbildenden Beschichtung verantwortlich. Der Beschichtungsprozess ist daher gegenüber Schwankungen des Beschichtungsvorgangs äußerst empfindlich.As already mentioned, the layer properties depend on various parameters of the coating process. Although thermal spraying processes, such as plasma spraying, have already been well researched, the properties of the resulting coatings are subject to large variations even with apparently constant parameters of the coating process. The complex relationships between the process parameters and the properties of the coating that forms are responsible for this. The coating process is therefore extremely sensitive to fluctuations in the coating process.
Es liegt nun im Sinne der Erfindung, den Spritzvorgang zu überwachen und auszuwerten. Die Überwachung und Auswertung des Spritzvorgangs erfolgt online. Hierdurch lässt sich eine Online-Prozesskontrolle bzw. Online-Qualitätssicherung des Beschichtungsvorgangs realisieren. Nach dem Stand der Technik müssen zur Prozesskontrolle beschichtete Werkstücke einer zerstörenden Prüfmethode unterzogen werden. Es liegt auf der Hand, dass das erfindungsgemäße Verfahren, bei dem der Spritzvorgang als solcher online überwacht und ausgewertet wird, gegenüber dem Stand der Technik weniger kostenintensiv und weniger zeitintensiv ist. Des weiteren müssen unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
beschichtete Werkstücke zur Qualitätskontrolle nicht mehr zerstört werden. Mithilfe des eriϊndungsgemäßen Verfahrens kann der Beschichtungsvorgang jedes einzelnen zu beschichtenden Werkstücks überwacht und kontrolliert werden.It is now within the scope of the invention to monitor and evaluate the spraying process. The spraying process is monitored and evaluated online. This enables online process control or online quality assurance of the coating process to be implemented. According to the state of the art, coated workpieces must be subjected to a destructive test method for process control. It is obvious that the method according to the invention, in which the spraying process is monitored and evaluated online as such, is less expensive and less time-consuming than the prior art. Furthermore, using the method according to the invention coated workpieces for quality control are no longer destroyed. With the aid of the method according to the invention, the coating process of each individual workpiece to be coated can be monitored and controlled.
Das erfindungsgemäße Verfahren soll nun unter Bezugnahme auf Fig. 1 im Detail erläutert werden. So zeigt Fig. 1 stark schematisiert einen sich beim Plasmaspritzen einstellenden Spritzstrahl 10. Der Spritzstrahl 10 wird mit einer Kamera 1 1 optisch überwacht, die im gezeigten Ausführungsbeispiel als CCD-Kamera ausgebildet ist. Das von der Kamera 1 1 erfasste bzw. ermittelte Bild wird einem im Detail nicht-dargestellten Bildverarbeitungssystem zugeführt. Im Bildverarbeitungssystem werden Eigenschaften des optisch überwachten Spritzstrahls aus den von der Kamera 11 erfassten Daten ermittelt.The method according to the invention will now be explained in detail with reference to FIG. 1. 1 shows, in a highly schematic manner, a spray jet 10 which occurs during plasma spraying. The spray jet 10 is optically monitored by a camera 11, which in the exemplary embodiment shown is designed as a CCD camera. The image captured or determined by the camera 11 is fed to an image processing system, not shown in detail. In the image processing system, properties of the optically monitored spray jet are determined from the data recorded by the camera 11.
So zeigt Fig. 1 ein Auswertemuster 12 zur Auswertung der von der Kamera 1 1 erfassten Daten des Spritzstrahls 10. So kann Fig. 1 entnommen werden, dass von der Kamera 11 sowohl Eigenschaften eines Plasmastrahls 13 als auch Eigenschaften eines Partikelstrahls 14 erfasst werden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ermittelt die Kamera 11 eine Leuchtdichteverteilung des Plasmastrahls 13 sowie eine Leuchtdichteverteilung des Partikelstrahls 14.1 shows an evaluation pattern 12 for evaluating the data of the spray jet 10 recorded by the camera 11. Thus, it can be seen from FIG. 1 that the properties of a plasma jet 13 and also properties of a particle beam 14 are recorded by the camera 11. In the exemplary embodiment shown, the camera 11 determines a luminance distribution of the plasma beam 13 and a luminance distribution of the particle beam 14.
Aus diesen Leuchtdichteverteilungen werden im Bildverarbeitungssystem Höhenlinien mit gleicher Leuchtintensität ermittelt. In solche Höhenlinien mit gleicher Leuchtintensität werden gemäß Fig. 1 Ellipsen 15 eingeschrieben. Dies erfolgt sowohl für den Plasmastrahl 13 als auch für den Partikelstrahl 14. Die in die Höhenlinien eingeschriebenen Ellipsen 15 verfügen über charakteristische geometrische Kenngrößen. Bei diesen geometrischen Kenngrößen der Ellipsen 15 handelt es sich um Halbachsen a sowie b sowie um den Schwerpunkt der Ellipsen, der in Fig. 1 durch die Koordinaten Sx sowie Sy identifiziert werden kann. Aus diesen charakteristischen Daten der Ellipsen 15 lässt sich eindeutig auf die Eigenschaften des Spritzstrahls und letztendlich auf die Eigenschaften der sich beim Spritzvorgang einstellenden Beschichtung schließen.From these luminance distributions, contour lines with the same luminous intensity are determined in the image processing system. Ellipses 15 are inscribed in such contour lines with the same luminous intensity as shown in FIG. 1. This is done both for the plasma beam 13 and for the particle beam 14. The ellipses 15 inscribed in the contour lines have characteristic geometric parameters. These geometric parameters of the ellipses 15 are semiaxes a and b and the center of gravity of the ellipses, which can be identified in FIG. 1 by the coordinates Sx and Sy. From these characteristic data of the ellipses 15, the properties of the spray jet and ultimately the properties of the coating that is produced during the spraying process can be clearly concluded.
Die aus der optischen Überwachung des Spritzstrahls ermittelten, geometrischen Kenngrößen der Ellipsen 15, die Eigenschaften des Spritzstrahls 10 entsprechen, werden mit vorgegebenen Werten für diese Eigenschaften bzw. vorgegebenen Ellipsenkenngrößen verglichen.
Diese vorgegebenen Ellipsenkenngrößen sind durch eine Korrelation zwischen den Prozessparametern des Spritzvorgangs, den Partikeleigenschaften des geschmolzenen Werkstoffs und den Eigenschaften der sich ergebenden Beschichtung ermittelbar. Wird eine Abweichung der ermittelten Eigenschaften des Spritzstrahls von den vorbestimmten Werten für die Eigenschaften erkannt, so kann der Spritzvorgang entweder abgebrochen oder abhängig von dieser Abweichung derart geregelt werden, dass die vorbestimmten Eigenschaften des Spritzstrahls erreicht werden.The geometric parameters of the ellipses 15 determined from the optical monitoring of the spray jet, which correspond to properties of the spray jet 10, are compared with predetermined values for these properties or predetermined ellipse parameters. These predetermined ellipse parameters can be determined by a correlation between the process parameters of the spraying process, the particle properties of the molten material and the properties of the resulting coating. If a deviation of the determined properties of the spray jet from the predetermined values for the properties is recognized, the spraying process can either be stopped or, depending on this deviation, can be regulated in such a way that the predetermined properties of the spray jet are achieved.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird der Spritzstrahl anhand seiner Leuchtdichteverteilung überwacht und anhand einer Auswertung der Leuchtdichteverteilung kann auf die Eigenschaften der sich einstellenden Beschichtung geschlossen werden. An dieser Stelle soll darauf hingewiesen werden, dass auch andere Eigenschaften des Spritzstrahls optisch erfasst und ausgewertet werden können. So kann anstelle oder zusätzlich zu der Leuchtdichteverteilung auch eine Partikeltemperatur und/oder Partikelgeschwindigkeit und/oder Partikelgröße des Spritzstrahls überwacht werden. Auch aus diesen Eigenschaften kann auf die Eigenschaften der sich einstellenden Beschichtung geschlossen werden.In the exemplary embodiment shown, the spray jet is monitored on the basis of its luminance distribution, and the properties of the coating which is established can be inferred from an evaluation of the luminance distribution. At this point it should be pointed out that other properties of the spray jet can also be optically recorded and evaluated. Instead of or in addition to the luminance distribution, a particle temperature and / or particle speed and / or particle size of the spray jet can also be monitored. The properties of the resulting coating can also be concluded from these properties.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich vor allem zur Beschichtung von Verdichtergehäusen, damit ungepanzerte Titan-/Nickelschaufeln einer Gasturbine z.B. mit dem aus der EP 0 487 273 B1 bekannten, thermischen Sprühpulver ohne Beschädigung anstreifen können. Bislang war es nämlich nicht möglich, für ungepanzerte Titan-/Nickelschaufeln eine Beschichtung an dem Verdichtergehäuse aus dem Sprühpulver gemäß EP 0 487 273 B1 in niedriger Härte reproduzierbar herzustellen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann der Spritzvorgang laufend online überwacht und entsprechend beeinflusst werden. Der Spritzstrahl kann vor, während und/oder nach der Beschichtung des zu beschichtenden Werkstücks überwacht und ausgewertet werden. Somit ist es erstmals möglich, eine Beschichtung reproduzierbar herzustellen.
BezugszeichenlisteThe method according to the invention is particularly suitable for coating compressor housings, so that unarmored titanium / nickel blades of a gas turbine can, for example, touch with the thermal spray powder known from EP 0 487 273 B1 without damage. So far it has not been possible to reproducibly produce a coating on the compressor housing from the spray powder according to EP 0 487 273 B1 with low hardness for unarmored titanium / nickel blades. With the method according to the invention, the spraying process can be continuously monitored online and influenced accordingly. The spray jet can be monitored and evaluated before, during and / or after the coating of the workpiece to be coated. This makes it possible for the first time to produce a coating in a reproducible manner. LIST OF REFERENCE NUMBERS
Spritzstrahl 10Spray jet 10
Kamera 1 1Camera 1 1
Auswertemuster 12Evaluation pattern 12
Plasmastrahl 13Plasma beam 13
Partikelstrahl 14Particle beam 14
Ellipse 15
Ellipse 15
Claims
1. Verfahren zur Beschichtung eines Werkstücks, wobei ein Werkstoff durch thermisches Spritzen auf das Werkstück aufgetragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Spritzvorgang überwacht und ausgewertet wird.1. A method for coating a workpiece, wherein a material is applied to the workpiece by thermal spraying, characterized in that the spraying process is monitored and evaluated.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spritzvorgang online überwacht und ausgewertet wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the spraying process is monitored and evaluated online.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass hierzu ein Spritzstrahl (10) optisch überwacht wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that for this purpose a spray jet (10) is optically monitored.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Eigenschaften des Spritzstrahls (10) optisch erfasst und ausgewertet werden.4. The method according to claim 3, characterized in that properties of the spray jet (10) are optically recorded and evaluated.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Eigenschaften der im Spritzstrahl (10) befindlichen Partikel optisch erfasst und ausgewertet werden, wobei es sich bei diesen Eigenschaften um Partikeltemperatur und/oder Partikelgeschwindigkeit und/oder Partikelgröße und/oder Leuchtintensität der Partikel handelt.5. The method according to claim 4, characterized in that properties of the particles located in the spray jet (10) are optically recorded and evaluated, these properties being particle temperature and / or particle speed and / or particle size and / or luminous intensity of the particles.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn die ermittelten Eigenschaften des Spritzstrahls (10) von vorbestimmten Werten für die Eigenschaften abweichen, der Spritzvorgang abgebrochen wird.6. The method according to claim 4 or 5, characterized in that when the determined properties of the spray jet (10) deviate from predetermined values for the properties, the spraying process is stopped.
7. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Spritzvorgang abhängig von den ermittelten Eigenschaften des Spritzstrahls (10) und abhängig von vorbestimmten Werten für die Eigenschaften geregelt wird. 7. The method according to claim 4 or 5, characterized in that the spraying process is controlled depending on the determined properties of the spray jet (10) and depending on predetermined values for the properties.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als thermisches Spritzen Plasmaspritzen verwendet wird, und dass Eigenschaften eines Plasmastrahls (13) und/oder Eigenschaften eines Partikelstrahls (14) überwacht und ausgewertet werden.8. The method according to one or more of claims 1 to 7, characterized in that plasma spraying is used as thermal spraying, and that properties of a plasma jet (13) and / or properties of a particle beam (14) are monitored and evaluated.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe einer Kamera eine Leuchtdichteverteilung des Plasmastrahls (13) und/oder des Partikelstrahls (14) erfasst wird, wobei abhängig von der ermittelten Leuchtdichteverteilung das Plasmaspritzen beeinflusst wird.9. The method according to claim 8, characterized in that a luminance distribution of the plasma beam (13) and / or the particle beam (14) is detected with the aid of a camera, the plasma spraying being influenced as a function of the determined luminance distribution.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass aus der oder jeder ermittelten Leuchtdichteverteilung Höhenlinien mit gleicher Leuchtintensität ermittelt werden, wobei in diese Höhenlinien Ellipsen (15) einbeschrieben werden, und wobei aus den Kenngrößen der Ellipsen auf die Qualität des Spritzvorgangs geschlossen wird.10. The method according to claim 9, characterized in that contour lines with the same luminous intensity are determined from the or each determined luminance distribution, ellipses (15) being inscribed in these contour lines, and the quality of the spraying process being concluded from the parameters of the ellipses.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Werkstück ein Verdichtergehäuse einer Gasturbine bereitgestellt wird.11. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that a compressor housing of a gas turbine is provided as the workpiece.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichtergehäuse mit einem Einlauf- bzw. Anstreifbelag in einem solchen Härtebereich beschichtet wird, dass dieser erosionsfest und für ungepanzerte Verdichterschaufeln aus Titan- und Nickellegierungen anstreiffähig ist. 12. The method according to claim 11, characterized in that the compressor housing is coated with a run-in or abradable coating in such a hardness range that it is erosion-resistant and abradable for unarmored compressor blades made of titanium and nickel alloys.
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