WO2013075695A1 - Haftgrundvorbereitung für das kaltgasspritzen - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a method for coating a component, in particular a component of a gas turbine or an aircraft engine, in which the coatings are spray applied by cold gas injection on the component. Furthermore, the present invention relates to a corresponding device for carrying out the method.
- a method which is used for coating components of gas turbines or aircraft engines is the so-called cold gas spraying or kinetic cold gas spraying, also called K3 process (kinetic cold gas compacting).
- the coating material in the form of particles at high speed to the coated Accelerated component to be deposited there. Since the material to be deposited is not heated to melting temperature, as in thermal spraying or flame spraying, but is applied at lower temperatures, it is referred to as cold gas spraying.
- the adhesion of the coating material on the component and within the coating is achieved by the plastic deformation of the impinging particles due to their high kinetic energy.
- the particles deform with the base material of the component to be coated and with each other and flow into each other to firmly connect.
- the method should be simple and reliable feasible and allow the retention of the properties of the coated component.
- the present invention is based on the idea that a particularly effective pretreatment of the surface of the component to be coated for the subsequent coating by cold gas spraying without additional adverse effects on the material of the component to be coated with a plasma treatment is possible using cold plasma.
- cold plasma in which the free electrons and ions of the plasma gas are achieved by the high temperature
- a targeted excitation of the electrons is carried out, which are put into strong oscillations, the ions having a much lower excitation Experienced. Due to the different excitation of ions and electrons results overall that the temperature of the plasma gas can be kept low, for example in a range just above room temperature.
- the plasma treatment may be carried out immediately prior to the deposition of the coating, in particular within time periods of less than one minute, preferably less than five seconds, in particular less than one second before the deposition of the coating, in order to prevent the coating to be coated after the pretreatment Surface again deposit impurities or form oxide layers.
- the plasma treatment can be locally limited in a partial region of the surface to be coated, specifically adapted to the beam diameter of the coating jet, with which subsequently the surface to be coated is coated.
- the cold plasma plasma source and the spray device are arranged to be moved in a fixed relationship to each other across the surface to be coated, wherein the plasma source supplies the cold plasma for pretreatment Provides, while the nozzle device of the cold gas spraying device directs the spray jet on exactly the pretreated surface.
- the cold plasma and the spray jet can be guided in a raster motion over the component to be coated in order to cover the entire surface to be coated by means of such a scan movement over the processing time.
- the temperature of the cold plasma may be chosen below 200 C °, in particular below 100 C °, and preferably below 50 C ° in the surface treatment in order to minimize the temperature load on the component to be coated and to avoid the reformation of oxide layers.
- the gas used for the plasma generation may be a hydrogen-argon mixture which has reducing properties and can therefore be used particularly effectively for the removal of existing oxide layers on the component to be coated.
- the plasma pretreatment can be carried out not only in the first layer, ie the coating on the base material of the component, but subsequently also in the application of further layers, ie for the pretreatment of the already deposited coating.
- a corresponding cold gas spraying device thus comprises not only a nozzle device with which a spray jet is directed at the component to be coated, but also a plasma source for cold plasma, in order to use this for the pretreatment of the surface to be coated of the component.
- the plasma source may include a plasma exit from which the cold plasma may exit from the plasma source to contact the surface to be treated.
- the plasma source or the plasma exit may be coupled to the nozzle device such that the provided plasma is arranged in a fixed relationship to the nozzle device, wherein additionally the nozzle device and the plasma source or the plasma exit may be correspondingly movable, so that a larger surface area through a scanning movement can be coated.
- the cold plasma plasma source may include a microwave generator and a gas container in which gas at low pressure below atmospheric pressure may be excited by the microwave generator to produce cold plasma.
- the pressure at which the gas to be excited is held in the gas container can be almost in the range of the technical vacuum or slightly above it.
- the sole attached figure shows a schematic representation of a cold gas spraying device with a plasma source for producing a cold plasma according to the present invention and for carrying out the method according to the invention.
- the single attached figure shows in a purely schematic way a part of a cold gas spraying device 4, with which a component 1 can be coated.
- the cold gas spraying device 4 comprises a Laval nozzle 5 with which a spray jet 8 can be generated, the coating particle kel 9 transported at high speed on the surface to be coated of the component 1.
- a carrier gas is introduced into the nozzle device 5 via the gas supply 6, which carries the material supplied to the coating 7 coating particles and accelerated by the Laval nozzle 5 at high speed on the component to be coated 1, wherein speeds in the range above the speed of sound can be achieved , Due to the high kinetic energy exhibited by the coating particles 9 when they impinge on the surface of the component 1, there is a plastic deformation of the particles 9 and the surface on which the particles impinge, so that it flows into one another of the particles 9 and which comes to coated surface. In addition, successive impinging coating particles flow into each other, so that overall results in a coating in which the coating particles are interconnected with each other and with the surface of the component to be coated due to the plastic deformation.
- the jet velocity with which the particles impinge on the component to be coated 1 is chosen so high that the plastic deformation occurs even at temperatures well below the melting point of the coating particles 9, so that in contrast to thermal spraying or flame spraying, in which the coating particles in Range of melting temperature are heated, is spoken of the cold gas spraying.
- the nozzle device 5 is associated with a gas container 2, in which or on which a microwave generator 3 is provided to excite gas, which is under low pressure in the gas container 2, to a cold plasma.
- the cold plasma can escape through a plasma outlet 10, so that a treatment of the surface of the component 1 to be coated is possible.
- This is indicated in the figure by the oval region, which is intended to indicate purely schematically the plasma 11 for the treatment of the surface of the component 1.
- a gas which comprises free ions and electrons, wherein in particular the electrons are excited to vibrate, while the ions are only slightly in motion, so that the total temperature of the excited gas or plasma is low.
- the temperature may be, for example, in a range of 40 to 50 ° Celsius. Nevertheless, the plasma causes a reaction with the surface of the component to be coated, so that organic substances and thin oxide layers can be removed.
- reducing gas mixtures such as hydrogen - argon
- the reduction of thin oxide layers on the surface to be coated of the component 1 is at least partially possible, so that the surface to be coated for the subsequent coating is activated by cold gas spraying and improved adhesion impinging particles with the base material of the component 1 is possible.
- the low temperature of the plasma also causes no additional oxide layers to form during or shortly after the treatment.
- materials that form very thin oxide layers such as titanium, aluminum, magnesium or nickel-containing alloys, can be achieved by the pretreatment with cold plasma, an improvement in the adhesion of the subsequently deposited coating.
- the plasma source 2, 3 or the plasma 11 can be guided together with the nozzle device 5 over the surface to be coated, so that the cold plasma 11 initially forms the surface of the component to be coated pretreated and subsequently the spray jet 8 deposits the particles to be deposited on the component 1.
- the direction of movement is, for example, as indicated by the arrow in the figure, so that first the plasma pretreatment and immediately thereafter the coating takes place. Due to the short time intervals between the plasma pretreatment and the coating in such a procedure, no new oxide layers can form on the surface to be coated, and the coating particles 9 can bond directly to the material of the component 1.
- the plasma pretreatment can be dispensed with during the deposition of the further layers of the coating.
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung eines Bauteils, insbesondere eines Bauteils einer Gasturbine oder eines Flugtriebwerks, bei welchem die Beschichtung durch Kaltgasspritzen auf dem Bauteil aufgebracht wird und wobei vor der Beschichtung die zu beschichtende Oberfläche des Bauteils (1) mit kaltem Plasma (11) vorbehandelt wird. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine Kaltgasspritzvorrichtung (4) zur Durchfuhrung des Verfahrens.
Description
Haftgrundvorbereitung für das Kaltgasspritzen
HINTERGRUND DER ERFINDUNG GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung eines Bauteils, insbesondere eines Bauteils einer Gasturbine oder eines Flugtriebwerks, bei welchem die Beschichtungen durch Kaltgas spritzen auf dem Bauteil aufgebracht werden. Femer betrifft die vorliegende Erfindung eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
STAND DER TECHNIK
In vielen Bereichen der Technik ist es erforderlich auf Bauteilen Beschichtungen vorzusehen, um das Bauteil vor Umgebungseinflüssen zu schützen. Insbesondere in Umgebungen mit hohen Temperaturen oder aggressiven Medien, wie beispielsweise bei Gasturbinen oder Flugtriebwerken müssen Bauteile mit Verschleißschutzschichten, Panzerungen, Oxidationsschutzschichten und dergleichen geschützt werden. Allerdings ergeben sich vielfältige Aufgaben und Gesichtspunkte bei der Herstellung von Beschichtungen, da viele Faktoren zu berücksichtigen sind, die sich gegenseitig beeinflussen. So muss beispielsweise das Beschichtungsverfahren für das Bauteil bzw. den Werkstoff, aus dem das Bauteil gebildet ist, geeignet sein und der Werkstoffver- bund muss bei den Einsatzbedingungen zuverlässig und dauerhaft zusammenwirken.
Ein Aspekt, der bei Beschichtungen allgemein, aber insbesondere auch für Komponenten von Flugtriebwerken oder Gasturbinen eine hohe Bedeutung aufweist, betrifft die Haftfestigkeit der Beschichtung auf dem Bauteil. Bei mangelnder Haftung kommt es zum Abplatzen der Beschichtung, sodass die Bauteillebensdauer niedrig ist. Entsprechend bedarf dieser Aspekt besonderer Aufmerksamkeit und ständiger Verbesserung.
Ein Verfahren, welches zur Beschichtung von Komponenten von Gasturbinen oder Flugtriebwerken eingesetzt wird, ist das sogenannte Kaltgasspritzen oder kinetische Kaltgasspritzen, auch K3-Verfahren genannt (kinetisches Kaltgas-Kompaktieren). Bei diesem Verfahren wird der Be- schichtungsstoff in Form von Partikeln mit hoher Geschwindigkeit auf das zu beschichtende
Bauteil beschleunigt, um dort abgeschieden zu werden. Da das abzuscheidende Material nicht auf Schmelztemperatur erwärmt wird, wie beim thermischen Spritzen oder Flammspritzen, sondern bei niedrigeren Temperaturen aufgebracht wird, wird es als Kaltgasspritzen bezeichnet. Beispielsweise ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kaltgasspritzen in der WO
2010/003396 AI beschrieben. Die Haftung des Beschichtungsstoffes auf dem Bauteil und innerhalb der Beschichtung wird durch die plastische Verformung der auftreffenden Partikel auf Grund ihrer hohen kinetischen Energie erzielt. Die Partikel verformen sich mit dem Grundwerkstoff des zu beschichtenden Bauteils und untereinander und fließen ineinander, um sich fest zu verbinden.
Zur Verbesserung der Haftfestigkeit von Kaltgas gespritzten Beschichtungen ist es bekannt, die Oberfläche in der Weise vorzubehandeln, dass die Oberfläche mit Aluminiumoxid oder Korund gestrahlt wird, um so Verunreinigungen und Oxidschichten, die sich auf der Oberfläche des zu beschichtenden Bauteils gebildet haben, zu entfernen und die Verbindung des Beschichtungswerkstoffs mit dem Grundwerkstoff des zu beschichtenden Bauteils zu ermöglichen. Allerdings ist die Behandlung mit Strahlmitteln insbesondere bei kerbempfindlichen Legierungen, wie beispielsweise Titanlegierungen, in der Hinsicht problematisch, dass die Strahlmittel in die Oberfläche eingebracht werden können und insbesondere bei dynamischen Belastungen als Ausgangspunkt für Schädigungen dienen können, die zu einer erheblichen Verringerung der Lebensdauer des Bauteils fuhren können.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
AUFGABE DER ERFINDUNG
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Beschichtung eines Bauteils durch Kaltgasspritzen bereitzustellen, bei welchem die Haftfestigkeit verbessert wird ohne die negativen Einflüsse des Standes der Technik aufzuweisen. Insbesondere soll das Verfahren einfach und zuverlässig durchführbar sein und die Beibehaltung der Eigenschaften des beschichteten Bauteils ermöglichen.
TECHNISCHE LÖSUNG
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Kaltgasspritzvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Idee zugrunde, dass eine besonders wirkungsvolle Vorbehandlung der Oberfläche des zu beschichtenden Bauteils für die nachfolgende Beschichtung durch Kaltgasspritzen ohne zusätzliche Beeinträchtigungen des Werkstoffs des zu beschichtenden Bauteils mit einer Plasmabehandlung möglich ist, die kaltes Plasma verwendet. Im Gegensatz zu heißem Plasma, bei welchem die freien Elektronen und Ionen des Plasmagases durch die hohe Temperatur erzielt werden, wird bei der Herstellung von kaltem Plasma eine gezielte Anregung der Elektronen durchgeführt, die in starke Schwingungen versetzt werden, wobei die Ionen eine deutlich geringere Anregung erfahren. Aufgrund der unterschiedlichen Anregung von Ionen und Elektronen ergibt sich insgesamt, dass die Temperatur des Plasmagases niedrig gehalten werden kann, beispielsweise in einem Bereich knapp oberhalb der Raumtemperatur. Damit wird erreicht, dass keine Beeinträchtigung des Werkstoffs des zu beschichtenden Bauteils durch eine Temperaturbelastung entsteht und zudem wird durch die niedrige Temperatur des Plasmas erreicht, dass keine zusätzlichen Oxidschichten gebildet werden. Stattdessen kann mit dem kalten Plasma eine Reinigung der zu beschichtenden Oberfläche von Anhaftungen, wie beispielsweise eine Reinigung von organischen Substanzen erzielt werden. Darüber hinaus können auch dünne Oxidschichten abgelöst oder aufgebrochen werden oder bei Verwendung eines geeigneten Plasmagases entsprechend reduziert werden. Damit kann eine Oberfläche an dem zu beschichtenden Bauteil geschaffen werden, die es den auftreffenden Werkstoffpartikeln beim Kaltgasspritzen ermöglicht eine innige Verbindung mit dem Werkstoff des zu beschichtenden Bauteils einzugehen.
Die Plasmabehandlung kann unmittelbar vor der Abscheidung der Beschichtung erfolgen, insbesondere innerhalb von Zeitspannen von weniger als einer Minute, vorzugsweise weniger als fünf Sekunden, insbesondere weniger als einer Sekunde vor der Abscheidung der Beschichtung, um zu vermeiden, dass sich nach der Vorbehandlung der zu beschichtenden Oberfläche wieder Verunreinigungen abscheiden oder Oxidschichten bilden. Insbesondere kann die Plasmabehandlung lokal begrenzt in einem Teilbereich der zu beschichtenden Oberfläche erfolgen, und zwar abgestimmt auf den Strahldurchmesser des Beschichtungsstrahls, mit dem nachfolgend die zu beschichtende Oberfläche beschichtet wird.
Entsprechend ist es möglich, dass die Plasmaquelle für das kalte Plasma und die Spritzvorrichtung, wie beispielsweise eine Kaltgasspritzpistole, so zueinander angeordnet sind, dass sie in einer festen Beziehung zueinander über die zu beschichtende Oberfläche bewegt werden, wobei die Plasmaquelle das kalte Plasma zur Vorbehandlung zur Verfügung stellt, während die Düsenvorrichtung der Kaltgasspritzvorrichtung den Spritzstrahl auf genau die vorbehandelte Fläche lenkt.
Um eine größere Fläche zu beschichten, können das kalte Plasma und der Spritzstrahl in einer Rasterbewegung über das zu beschichtende Bauteil geführt werden, um mittels einer derartigen Scan-Bewegung über die Bearbeitungsdauer die gesamte zu beschichtende Oberfläche zu überdecken.
Die Temperatur des kalten Plasmas kann bei der Oberflächenbehandlung unter 200 C°, insbesondere unter 100 C° und vorzugsweise unter 50 C° gewählt werden, um die Temperaturbelastung des zu beschichtenden Bauteils so gering wie möglich zu halten und die erneute Bildung von Oxidschichten zu vermeiden.
Das für die Plasmaerzeugung verwendete Gas kann insbesondere ein Wasserstoff-Argon- Gemisch sein, welches reduzierende Eigenschaften aufweist und dadurch besonders effektiv für die Beseitigung von bestehenden Oxidschichten auf dem zu beschichtenden Bauteil eingesetzt werden kann.
Bei einer mehrlagigen Abscheidung einer Beschichtung kann die Plasmavorbehandlung nicht nur bei der ersten Lage, also der Beschichtung auf dem Grundwerkstoff des Bauteils vorgenommen werden, sondern nachfolgend auch bei der Aufbringung weiterer Lagen, also zur Vorbehandlung der bereits abgeschiedenen Beschichtung. Allerdings ist es auch möglich lediglich eine Vorbehandlung der Oberfläche des zu beschichtenden Bauteils vorzusehen und bei der nachfolgenden mehrlagigen Aufbringung der Beschichtung auf die Vorbehandlung mit dem kalten Plasma zu verzichten.
Eine entsprechende Kaltgasspritzvorrichtung umfasst somit neben einer Düsenvorrichtung, mit welcher ein Spritzstrahl auf das zu beschichtende Bauteil gerichtet wird, auch eine Plasmaquelle
für kaltes Plasma, um dieses für die Vorbehandlung der zu beschichtenden Oberfläche des Bauteils einsetzen zu können.
Die Plasmaquelle kann einen Plasmaaustritt umfassen, an welchem das kalte Plasma von der Plasmaquelle austreten kann, um mit der zu behandelnden Oberfläche in Kontakt zu gelangen. Die Plasmaquelle bzw. der Plasmaaustritt können mit der Düsenvorrichtung so gekoppelt sein, dass das bereit gestellte Plasma in einer festen Beziehung zur Düsenvorrichtung angeordnet ist, wobei zusätzlich die Düsenvorrichtung und die Plasmaquelle bzw. der Plasmaaustritt entsprechend bewegbar sein können, sodass eine größere Oberfläche durch eine scannende Bewegung beschichtet werden kann.
Die Plasmaquelle für das kalte Plasma kann einen Mikrowellengenerator und einen Gasbehälter umfassen, in welchem Gas bei niedrigem Druck unterhalb des Atmosphärendrucks durch den Mikrowellengenerator angeregt werden kann, um kaltes Plasma zu erzeugen. Der Druck, bei dem das anzuregende Gas im Gasbehälter gehalten wird, kann nahezu im Bereich des technischen Vakuums bzw. geringfügig darüber liegen.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUR
Die einzige beigefügte Figur zeigt in einer schematischen Darstellung eine Kaltgasspritzvorrich- tung mit einer Plasmaquelle zur Erzeugung eines kalten Plasmas gemäß der vorliegenden Erfindung und zur Durführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
Weitere Vorteile, Kennzeichen und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beigefügten Zeichnung deutlich. Allerdings ist für den Fachmann selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt ist.
Die einzige beigefügte Figur zeigt in rein schematischer Weise einen Teil einer Kaltgasspritzvor- richtung 4, mit der ein Bauteil 1 beschichtet werden kann. Die Kaltgasspritzvorrichtung 4 um- fasst eine Laval-Düse 5, mit der ein Spritzstrahl 8 erzeugt werden kann, der Beschichtungsparti-
kel 9 mit hoher Geschwindigkeit auf die zu beschichtende Oberfläche des Bauteils 1 befördert. Hierzu wird über die Gaszufuhr 6 ein Trägergas in die Düsenvorrichtung 5 eingeführt, welches die der Materialzufuhr 7 zugeführten Beschichtungspartikel mitführt und durch die Laval-Düse 5 mit hoher Geschwindigkeit auf das zu beschichtende Bauteil 1 beschleunigt, wobei Geschwindigkeiten im Bereich oberhalb der Schallgeschwindigkeit erreicht werden können. Durch die hohe kinetische Energie, die die Beschichtungspartikel 9 aufweisen, wenn sie auf die Oberfläche des Bauteils 1 auftreffen, kommt es zu einer plastischen Verformung der Partikel 9 und der Oberfläche, auf die die Partikel auftreffen, sodass es zu einem Ineinanderfließen der Partikel 9 und der zu beschichteten Oberfläche kommt. Darüber hinaus fließen nacheinander auftreffende Beschichtungspartikel ineinander, sodass sich insgesamt eine Beschichtung ergibt, bei der die Beschichtungspartikel untereinander und mit der Oberfläche des zu beschichtenden Bauteils aufgrund der plastischen Verformung miteinander verbunden sind. Die Strahlgeschwindigkeit, mit der die Partikel auf die zu beschichtenden Bauteil 1 auftreffen wird dabei so hoch gewählt, dass die plastische Verformung auch bei Temperaturen weit unterhalb des Schmelzpunkts der Beschichtungspartikel 9 auftritt, sodass im Gegensatz zum thermischen Spritzen oder Flammspritzen, bei denen die Beschichtungspartikel im Bereich der Schmelztemperatur erwärmt werden, vom Kaltgasspritzen gesprochen wird.
Wie der Figur weiter zu entnehmen ist, ist der Düsenvorrichtung 5 ein Gasbehälter 2 zugeordnet, in dem oder an dem ein Mikrowellengenerator 3 vorgesehen ist, um Gas, welches sich unter niedrigem Druck in dem Gasbehälter 2 befindet, zu einem kalten Plasma anzuregen. Das kalte Plasma kann durch einen Plasmaaustritt 10 austreten, sodass eine Behandlung der Oberfläche des zu beschichteten Bauteils 1 möglich ist. Dies ist in der Figur durch den ovalen Bereich angedeutet, der das Plasma 11 zur Behandlung der Oberfläche des Bauteils 1 rein schematisch andeuten soll.
Durch die Anregung des kalten Plasmas liegt ein Gas vor, welches freie Ionen und Elektronen umfasst, wobei besonders die Elektronen zu Schwingungen angeregt sind, während die Ionen nur geringfügig in Bewegung versetzt sind, sodass insgesamt die Temperatur des angeregten Gases bzw. Plasmas gering ist. Die Temperatur kann beispielsweise in einem Bereich von 40 bis 50°Celsius liegen.
Gleichwohl kommt es durch das Plasma zu einer Reaktion mit der Oberfläche des zu beschichtenden Bauteils, sodass organische Substanzen und dünne Oxidschichten entfernt werden können. Insbesondere durch die Verwendung von reduzierenden Gasgemischen, wie beispielsweise Wasserstoff - Argon, ist die Reduktion von dünnen Oxidschichten auf der zu beschichtenden Oberfläche des Bauteils 1 zumindest teilweise möglich, sodass die zu beschichtende Oberfläche für die nachfolgende Beschichtung mittels Kaltgasspritzen aktiviert ist und eine verbesserte Haftung der auftreffenden Partikel mit dem Grundwerkstoff des Bauteils 1 möglich ist.
Durch die niedrige Temperatur des Plasmas wird auch bewirkt, dass sich keine zusätzlichen Oxidschichten während oder kurz nach der Behandlung bilden können. Insbesondere bei Werkstoffen, die sehr schnell dünne Oxidschichten ausbilden, wie beispielsweise Titan, Aluminium, Magnesium oder Nickel haltige Legierungen, kann durch die Vorbehandlung mit kaltem Plasma eine Verbesserung der Haftfestigkeit der nachfolgend abgeschiedenen Beschichtung erzielt werden.
Durch die Kombination der Plasmaquelle mit der Düsenvorrichtung 5 der Kaltgasspritzvorrich- tung 4 kann die Plasmaquelle 2,3 bzw. das Plasma 11 zusammen mit der Düsenvorrichtung 5 über die zu beschichtende Oberfläche geführt werden, sodass zunächst das kalte Plasma 11 die Oberfläche des zu beschichtenden Bauteils vorbehandelt und nachfolgend der Spritzstrahl 8 die abzuscheidenden Partikel auf dem Bauteil 1 aufbringt. Die Bewegungsrichtung ist dabei beispielsweise so, wie mit dem Pfeil in der Figur angedeutet, sodass zunächst die Plasmavorbehandlung und unmittelbar danach die Beschichtung erfolgt. Durch die kurzen Zeitabstände zwischen der Plasmavorbehandlung und der Beschichtung bei einer derartigen Vorgehensweise können sich keine neuen Oxidschichten auf der zu beschichtenden Oberfläche bilden und die Beschich- tungspartikel 9 können sich unmittelbar mit dem Werkstoff des Bauteils 1 verbinden.
Sofern eine Beschichtung aufgebracht wird, in der Beschichtungsstoffe in mehreren Lagen aufgebracht werden, kann bei der Abscheidung der weiteren Lagen der Beschichtung auf die Plasmavorbehandlung verzichtet werden. Es ist aber auch möglich, auch bei der nachfolgenden Aufbringung von zusätzlichen Beschichtungslagen die Plasmavorbehandlung fortzusetzen, sodass auch eventuell sich bildende Oxidschichten am Beschichtungsstoff unmittelbar vor dem Aufbringen der nächsten Lage wieder entfernt werden können. Damit wird nicht nur die Haftung auf dem Bauteil 1 verbessert, sondern auch der Verbund innerhalb der Beschichtung wird verbessert.
Somit kann nicht nur die Adhäsion der Beschichtung, sondern auch die Kohäsion innerhalb der Beschichtung gesteigert werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand des Ausführungsbeispiels detailliert beschrieben worden ist, ist es für einen Fachmann selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf dieses Ausfuhrungsbeispiel beschränkt, sondern dass vielmehr Abwandlungen in der Weise möglich sind, dass verschiedene Merkmale anders kombiniert oder einzelne Merkmale weggelassen werden, ohne dass der Schutzbereich der beigefugten Ansprüche verlassen wird. Insbesondere um- fasst die Offenbarung der vorliegenden Erfindung sämtliche Kombinationen der vorgestellten Einzelmerkmale.
Claims
1. Verfahren zur Beschichtung eines Bauteils (1), insbesondere eines Bauteils einer Gasturbine oder eines Flugtriebwerks, bei welchem die Beschichtung durch Kaltgasspritzen auf dem Bauteil aufgebracht wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
vor der Abscheidung der Beschichtung die zu beschichtende Oberfläche des Bauteils mit kaltem Plasma vorbehandelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Plasmabehandlung unmittelbar vor der Abscheidung der Beschichtung erfolgt, insbesondere innerhalb einer Zeitspanne von weniger als 1 min, vorzugsweise weniger als 5 s, insbesondere weniger als 1 s.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Plasmabehandlung lokal begrenzt in einem Teilbereich der zu beschichtenden Oberfläche erfolgt und das Plasma scannend über die zu beschichtende Oberfläche geführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Spritzstrahl beim Kaltgasspritzen unmittelbar dem die Oberfläche behandelnden Plasma folgt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Temperatur des Plasmas unter 200°C, insbesondere unter 100°C, vorzugsweise unter 50°C gewählt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
zur Erzeugung des kalten Plasmas ein Wasserstoff-Argon-Gemisch verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die bereits abgeschiedene Beschichtung ebenfalls mit kaltem Plasma behandelt wird, insbesondere vor der Abscheidung weiterer Lagen der Beschichtung.
8. Kaltgasspritzvorrichtung zum Beschichten von Bauteilen, insbesondere nach dem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Düsenvorrichtung durch welche ein Spritzstrahl auf das zu beschichtende Bauteil gelenkt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kaltgasspritzvorrichtung eine Plasmaquelle für kaltes Plasma umfasst.
9. Kaltgasspritzvorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Plasmaquelle einen Plasmaaustritt umfasst, der mit der Düsenvorrichtung gekoppelt ist, so dass der Plasmaaustritt in einer festen Position zur Düsenvorrichtung angeordnet ist und/oder mit der Düsenvorrichtung bewegbar ist.
10. Kaltgasspritzvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Plasmaquelle für das kalte Plasma einen Mikrowellengenerator und einen Gasbehälter umfasst, in welchem Gas bei Druck unterhalb des Atmosphärendrucks durch den Mikrowellengenerator zur Erzeugung eines kalten Plasmas angeregt werden kann.
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- 2011-11-25 DE DE201110087159 patent/DE102011087159B3/de not_active Expired - Fee Related
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