DE10351168A1

DE10351168A1 - Verfahren zum teilweisen Beschichten von Bauteiloberflächen mittels thermischem Spritzen

Info

Publication number: DE10351168A1
Application number: DE10351168A
Authority: DE
Inventors: Albin Platz; Gerhard Wydra
Original assignee: MTU Aero Engines GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 2003-11-03
Filing date: 2003-11-03
Publication date: 2005-06-02
Also published as: WO2005045088A1; EP1699943A1

Abstract

Ein Verfahren dient zum teilweisen Beschichten von Bauteiloberflächen mittels thermischem Spritzen, wozu nicht zu beschichtende Teilbereiche abgedeckt werden. Erfindungsgemäß erfolgt dieses Abdecken der nicht zu beschichtenden Teilbereiche während des thermischen Spritzens mittels einer bornitridhaltigen Suspension.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum teilweisen Beschichten von Bauteiloberflächen mittels thermischem Spritzen, nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.

Aus dem allgemeinen Stand der Technik ist es bekannt, nicht zu beschichtende Teilbereiche während des thermischen Spritzens abzudecken, um eine Beschichtung dieser Teilbereiche zu vermeiden. Typischerweise können drei verschiedene Techniken zum Abdecken der nicht zu beschichtenden Bereiche eingesetzt werden.

Eine erste und sehr einfache Möglichkeit besteht im Abdecken der nicht zu beschichtenden Bereiche mittels klebenden Masken, Klebeband oder dergleichen. Ein derartiges Abdecken weist dabei zwei gravierende Nachteile auf. Zuerst sind derartige Materialien bzw. Klebebänder typischerweise nur bis ca. 200 Grad Celsius einsetzbar, da bei höheren Temperaturen eine Beeinträchtigung des Materials, beispielsweise ein Durchbrennen oder dergleichen, zu befürchten ist. Zum Zweiten hinterlassen klebende Materialien beim Entfernen häufig Klebereste, welche einen aufwändigen Reinigungsvorgang sowie gegebenenfalls den Einsatz von Lösungsmitteln, deren Verwendung aus Gründen des Umweltschutzes nicht wünschenswert ist, erforderlich machen.

Eine zweite Möglichkeit nicht zu beschichtende Teilbereiche abzudecken besteht darin, eine geeignete Abdeckvorrichtung einzusetzen. Derartige Vorrichtungen sind hinsichtlich ihrer Konstruktion und ihres Aufbaus relativ aufwändig, so dass entsprechende Vorlaufzeiten und entsprechend hohe Stückzahlen benötigt werden, sollen die Vorrichtungen sich lohnen. Aber auch dann weisen die Vorrichtungen den Nachteil auf, dass diese entweder nach einigen Beschichtungsvorgängen sehr aufwändig gereinigt werden müssen, da die Vorrichtungen ebenso wie das zu beschichtenden Bauteil beschichtet werden. Um dieser Problematik abzuhelfen können die Vorrichtungen selbst mit einem geeigneten Material beschichtet, beispielsweise inchromiert, werden, um ein Anhaften des Beschichtungsmateri als aus dem thermischen Spritzvorgang auf den Vorrichtungen zu verhindern. Diese Vorgehensweise hat allerdings den gravierenden Nachteil, dass beim thermischen Aufspritzen des Beschichtungsmaterials dann Partikel desselben von der Vorrichtung abprallen und dadurch auf die zu beschichtende Oberfläche gelangen und diese in ihrer Qualität deutlich verschlechtern.

Eine dritte Möglichkeit besteht darin, eine Maske aus einem Lack oder einen bindemittelhaltigen Gemisch, wie beispielsweise auf der Basis eines Acrylharzes, oder dergleichen aufzubringen, wie dies beispielsweise in der US 4,464,430 beschrieben ist. Auch hier ist der Nachteil in dem Entfernen des typischerweise stark anhaftenden Maskierungsmaterials zu sehen. Für die bei der Reinigung der Bauteile entstehenden Abfälle sind außerdem aufwändige Entsorgungsmaßnahmen zu treffen, da sowohl die eingesetzten Lösungsmittel als auch die anfallenden Abfälle als Sondermüll entsorgt werden müssen.

In der US 3,904,789 ist außerdem eine Maskierungstechnik beschrieben, bei welcher während des Alitierens einer Oberfläche nicht zu alitierende Teilbereiche mit einer metallischen Maske, beispielsweise aus Kupfer oder Nickel, abgedeckt werden. Nach dem Alitieren wird die metallische Maske dann mittels einer das jeweilige Metall geeigneten wässrigen der Lösung, beispielsweise einer Säure, von der Oberfläche entfernt. Das Verfahren ist dabei sehr aufwändig und erfordert den Einsatz von stark umweltbelastenden Säuren oder dergleichen. Zum Entfernen der metallischen Maske ist außerdem eine vergleichsweise große Verweilzeit in der wässrigen Lösung notwendig.

Zum weiteren allgemeinen Stand der Technik wird auf die DE 43 44 061 C1 verwiesen, in welcher eine Schutzanordnung für nicht zu alitierende Teilbereiche aus zwei Schichten beschrieben ist. Dabei ist als erste Schicht eine Schlickergussschicht aus oxidkeramischen Partikeln und einem Binder sowie als zweite Schicht eine metallische Schlickergussschicht vorgesehen.

Ausgehend von diesen oben genannten Nachteilen ist es die Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zum teilweisen Beschichten von Bauteiloberflächen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 zu schaffen, welches diese Nachteile vermeidet und ein einfaches, effizientes, leicht zu handhabendes und umweltfreundliches Verfahren bereitstellt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Die Verwendung einer bornitridhaltigen Suspension ist sehr einfach, kostengünstig und effizient. Eine derartige Suspension ist einfach herzustellen, ist sehr einfach in der Handhabung und ihre Bestandteile sind hinsichtlich einer Umweltgefährdung unbedenklich. Die bornitridhaltige Suspension weist außerdem die ausgesprochen günstige Eigenschaft auf, dass die Suspension die als Overspray entstehenden Partikel des thermischen Spritzens aufnimmt und so eine kontrollierbare gute Oberflächenqualität der beschichteten Bauteiloberfläche sicherstellt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus dem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel.
Um Teilbereiche von Bauteiloberflächen mittels eines thermischen Spritzverfahrens zu Beschichten ist es üblich, die Teilbereiche, welche nicht beschichtet werden sollen, entsprechend abzudecken, um ein Mitbeschichten dieser Teilbereiche sowie ein Anhaften von abprallenden Spritzpartikeln (Overspray) in diesen Teilbereichen zu verhindern. Gemäß dem hier beschriebenen Verfahren erfolgt dieses Abdecken der nicht zu beschichtenden Bereiche mittels einer bornitridhaltigen Suspension.
Eine hierfür geeignete bornitridhaltige Suspension weist in typischer Weise einen Anteil an Bornitrid, bevorzugt an pulverförmig vorliegendem – beispielsweise hexagonalem – Bornitrid, in der Größenordnung von in etwa 10 Gew.-% an der Suspension auf. In der Suspension liegt das Bornitrid in Wasser fein verteilt vor, ohne dass weitere Bestandteile wie Lösungsmittel oder dergleichen benötigt werden.
Eine solche Suspension als Abdeckmaterial kann dabei sehr einfach und effizient auf die nicht zu beschichtenden Teilbereiche aufgetragen werden, da sie den typischen Auftrags verfahren analog zu dem Bereich der Lackiertechnik zugänglich ist. Sie kann beispielsweise mit Hilfe von Pinseln, Auftragsrollen, Spritzpistolen, Spraydosen oder durch Tauchen aufgetragen werden. Auch ein Auftrag mittels Siebdruckverfahren ist möglich. Dabei liegen typische Schichtdicken der als Abdeckmaterial eingesetzten Suspension bzw. die beim Auftrocknen daraus entstehende mehr oder weniger trockene Bornitridschicht in der Größenordnung von 10 bis 20 μm. Eine solche Schichtdicke reicht aus, die nicht zu beschichtenden Teilbereiche sicher abzudecken und die in diesen Teilbereichen auftreffenden Partikel des thermischen Spritzens ebenso wie den entstehenden Overspray aufzunehmen. Dabei kann durch die Suspension bzw. die beim Trocknen daraus entstehende mehr oder weniger trockene Bornitridschicht, auch ein Abprallen des Oversprays, welcher dann in den Bereich der zu beschichtenden Oberfläche gelangen und die Oberflächenqualität massiv verschlechtern könnte, verhindert werden, da diese den Overspray aufnimmt.
Diese sehr einfachen und effizienten Auftragsverfahren ermöglichen es, entsprechende Vorrichtungen zur Maskierung der später mittels des thermischen Spritzens zu beschichtenden Bereiche während des Auftragens der Suspension einzusetzen. Derartige Vorrichtungen sind dabei sehr viel einfacher zu reinigen und müssen aufgrund der fehlenden thermischen Belastung bei weitem nicht so aufwändig gestaltet werden, wie entsprechende Vorrichtungen gemäß dem Stand der Technik zum Abdecken der nicht zu beschichtenden Teilbereiche während des thermischen Spritzens.
Das beschriebene Verfahren erlaubt es damit, mit sehr einfachen, kostengünstigen und effizienten Mitteln die nicht zu beschichtenden Teilbereiche wirksam abzudecken vor einer Beschichtung während des thermischen Spritzens zu schützen. Außerdem wird der beim thermischen Spritzen kaum zu vermeidende Overspray von der getrockneten Bornitridschicht aufgenommen, so dass eine deutlich bessere Oberflächenqualität der mittels des thermischen Spritzens beschichteten Bauteiloberfläche erzielt werden kann.
Das Bornitrid in der eingesetzten Suspension weist außerdem eine sehr hohe Temperaturbeständigkeit auf. Dabei können dem Bornitrid an Luft Temperaturen bis zu 1000°C, so wie beim Einsatz in Schutzgasatmosphäre Temperaturen bis zu 2000°C, problemlos zugemutet werden. Der Einsatz ist also mit verschiedenen Verfahren zum thermischen Sprit zen problemlos möglich, wobei das die Parameter des Verfahrens zum thermischen Spritzen jeweils problemlos an das Beschichtungsmaterial sowie an das zu beschichtenden Material angepasst werden können, da das Abdeckmaterial, vor allem beim – ohnehin verbreiteten – thermischen Spritzen mit einer Schutzgashülle keine nennenswerte Limitierung der Verarbeitungstemperatur erzwingt.
Die Suspension wird bei dem hier beschriebenen Verfahren in idealer Weise vor dem thermischen Spritzen auf die nicht zu beschichtenden Teilbereiche aufgebracht und getrocknet. Nach dem thermischen Spritzen kann die Suspension bzw. die beim Auftrocknen daraus entstehende mehr oder weniger trockene Bornitridschicht sehr einfach zusammen mit aufgenommenen Partikeln und Overspray abgewaschen werden. Aufgrund der wässrigen Suspension, welche im wesentlichen aus Wasser und Bornitrid besteht und frei von Bindemitteln ist, kann dieses Abwaschen sehr einfach mit Wasser, ohne den Einsatz von Lösungsmitteln oder dergleichen, erfolgen. Da die Suspension bzw. die beim Auftrocknen daraus entstehende mehr oder weniger trockene Bornitridschicht sehr gut in Wasser gelöst werden kann, lässt sich so sehr einfach eine sehr gute Reinigung der Bauteile erzielen. Auch das Zurückbleiben von klebenden Bindemittelresten oder dergleichen an dem Bauteil ist beim Einsatz der beschriebenen Suspension ausgeschlossen.
Eine sehr einfache und sehr effiziente Möglichkeit die Bornitridschicht zusammen mit den Partikeln und dem Overspray abzuwaschen besteht darin, das Bauteil nach dem thermischen Spritzen durch Tauchen in Wasser von dem Abdeckmaterial, den Partikeln und dem Overspray zu befreien. Das beschichtete Bauteil kann somit sehr einfach, sehr schnell und sehr effizient gereinigt werden.
Dadurch, dass die Inhaltsstoffe der Suspension umweltfreundlich sind, können die sich in dem Wasserbad sammelnden und oder absetzenden Stoffe ohne weiteres zusammen mit dem Wasser oder nach einem Trocknen getrennt entsorgt werden, ohne dass dies spezielle Maßnahmen, wie bei der Entsorgung der im Stand der Technik eingesetzten Materialien, erforderlich machen würde. Auch hier kann das beschriebene Verfahren einen deutlichen Vorsprung hinsichtlich Effizienz und Kosten gegenüber den Verfahren gemäß dem Stand der Technik erzielen.

Claims

Verfahren zum teilweisen Beschichten von Bauteiloberflächen mittels thermischem Spritzen, wozu nicht zu beschichtenden Teilbereiche abgedeckt werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdecken der nicht zu beschichtenden Teilbereiche während des thermischen Spritzens mittels einer bornitridhaltigen Suspension erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Suspension im wesentlichen Wasser und Bornitrid umfasst und frei von Bindemitteln ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Bornitrid, insbesondere an hexagonalem Bornitrid, in etwa 10 Gew.-% der Suspension ausmacht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Suspension unmittelbar vor dem thermischen Spritzen auf die nicht zu beschichtenden Teilbereiche aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , dass die Suspension durch Auftragsverfahren, welche analog zu Auftragsverfahren aus dem Bereich der Lackiertechnik erfolgen, auf die mittels dem thermischen Spritzen nicht zu beschichtenden Teilbereiche aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Suspension durch Siebdruckverfahren auf die mittels dem thermischen Spritzen nicht zu beschichtenden Teilbereiche aufgebracht wird.
Verfahren nach einem Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Suspension mit einer Dicke von 10 bis 20 μm auf die nicht zu beschichtenden Teilbereiche aufgebracht wird.
Verfahren nach einem Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das thermische Spritzen unter Schutzatmosphäre erfolgt.
Verfahren nach einem Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Suspension nach dem thermischen Spritzen abgewaschen wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Abwaschen durch Tauchen in Wasser erfolgt.