DE102009007174A1

DE102009007174A1 - Bauteil

Info

Publication number: DE102009007174A1
Application number: DE102009007174A
Authority: DE
Inventors: Jan Reinmann
Original assignee: Roesler Holding GmbH
Current assignee: Roesler Holding GmbH
Priority date: 2009-02-03
Filing date: 2009-02-03
Publication date: 2010-08-05
Also published as: EP2393632A1; US20110305879A1; WO2010089040A1

Abstract

Ein Bauteil, das einem tribologischen Verschleiß unterliegt, weist auf seiner Oberfläche eine Nanodiamantschicht auf.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bauteil der Strahl- oder Schleiftechnik, das einem tribologischen Verschleiß unterliegt. Derartige Bauteile, die beispielsweise in Strahlanlagen eingesetzt werden, dienen beispielsweise zur Strahlmittelbeschleunigung bzw. zum Schutz vor beschleunigtem Strahlmittel. Als Strahlmittel werden u. a. Stahlguss, Edelstahlguss, Hartguss, Drahtkorn, Aluminiumgusslegierungen, Aluminiumknetlegierungen, Zinkschnitte, Messingspäne, Kunststoffe, Glasperlen, mineralische Stoffe oder Trockeneis verwendet. Zum Beschleunigen von Strahlmittel können Druckluftstrahlsysteme oder Schleuderräder verwendet werden, wobei mit letzteren das Strahlmittel zunächst vorbeschleunigt, und dann nochmals beschleunigt, durch Wurfschaufeln abgeworfen wird. Hierbei unterliegen einzelne Bauteile derartiger Schleuderräder einem starken tribologischen Verschleiß.
Es ist die Aufgabe der Erfindung ein Bauteil der eingangs genannten Art zu schaffen, das eine erhöhte Standzeit aufweist.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1 und insbesondere dadurch, dass zumindest ein Teil der Oberfläche des Bauteils mit einer Nanodiamantschicht versehen ist. Hierdurch ist die Verschleißfestigkeit des Bauteils wesentlich erhöht, so dass dessen Standzeit vergrößert ist.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in der Beschreibung und den Unteransprüchen beschrieben.
Nach einer ersten vorteilhaften Ausführungsform kann nur ein Teil der Oberfläche des Bauteils mit der Nanodiamantschicht versehen sein, was zu einer kostengünstigen Herstellung führt, da nur die einem besonderen Verschleiß ausgesetzten Bereiche des Bauteils mit der Nanodiamantschicht versehen sind.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Nanodiamantschicht direkt auf das Bauteil abgeschieden sein, beispielsweise durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD). Alternativ ist es möglich, die Nanodiamantschicht auf ein Trägermaterial abzuscheiden und anschließend das Trägermaterial mit der darauf befindlichen Nanodiamantschicht mit dem Bauteil zu verbinden, beispielsweise durch Kleben, Löten oder Schweißen, z. B. Ultraschallschweißen. Bei dieser letzten Ausführungsvariante ergibt sich der Vorteil, dass durch das Vorsehen des Trägermaterials eine deutlich verbesserte Beständigkeit gegen Rissbildung, Bruch oder Ablösung erzielt ist, d. h. die Nanodiamantschicht wird im Strahlbetrieb nicht vollständig oder teilweise zerstört, wenn durch den Strahlvorgang kinetische Energie punktuell eingebracht wird.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die Nanodiamantschicht zunächst auf ein Trägermaterial aufgebracht werden und anschließend von dem Trägermaterial gelöst werden. Hierdurch ist eine Nanodiamantschicht geschaffen, die ausschließlich aus dem Diamantmaterial besteht und diese Schicht kann dann wiederum mit dem Bauteil verbunden werden.
Es ist vorteilhaft, wenn die Nanodiamantschicht eine Dicke von mindestens etwa 20 μm aufweist. Die Maximaldicke der Nanodiamantschicht kann bei etwa 2000 μm liegen.
Erfindungsgemäß ist auch ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils der vorstehend beschriebenen Art vorgesehen, wobei auf einem Trägermaterial eine Nanodiamantschicht abgeschieden wird, die abgeschiedene Nanodiamantschicht von dem Trägermaterial gelöst wird und die von dem Trägermaterial gelöste Nanodiamantschicht mit dem Bauteil verbunden wird. Hierbei kann es vorteilhaft sein, wenn die Nanodiamantschicht in einer solchen Dicke auf dem Trägermaterial abgeschieden wird, dass diese nach dem Ablösen von dem Trägermaterial flexibel oder folienartig ist. Auf diese Weise lässt sich eine formbare Nanodiamantschicht schaffen, die beim Aufbringen auf das Bauteil an eine Oberflächenkontur des Bauteils angepasst werden kann. Das Verbinden der Nanodiamantschicht mit dem Bauteil kann durch Kleben, Löten, Schweißen, Ultraschallschweißen oder andere geeignete Verfahren erfolgen.
Ein weiteres erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines Bauteils der vorstehend beschriebenen Art weist die Schritte auf, dass eine Nanodiamantschicht auf einem Trägermaterial abgeschieden wird und anschließend das Trägermaterial mit der darauf befindlichen Nanodiamantschicht mit dem Bauteil verbunden wird. Hierbei kann es vorteilhaft sein, wenn das Trägermaterial vor dem Abscheiden der Nanodiamantschicht durch Verformen an die Oberflächengestaltung des Bauteils angepasst wird. Hierdurch können vor dem Abscheiden der Nanodiamantschicht beliebige dreidimensionale Geometrien nachgebildet werden, die gekrümmt oder auch verwinkelt sind, wobei anschließend das Trägermaterial mit der Nanodiamantschicht beschichtet wird. Nach dem Beschichten kann das mit der Nanodiamantschicht versehene Trägermaterial mit dem Bauteil verbunden werden.
Ein vorteilhaftes Trägermaterial kann durch eine Metallfolie gebildet sein.
Ein weiteres Verfahren zum Herstellen eines Bauteils der vorstehend beschriebenen Art weist die Schritte auf, dass eine Nanodiamantschicht auf einem ersten Trägermaterial abgeschieden wird, die abgeschiedene Nanodiamantschicht anschließend von dem ersten Trägermaterial gelöst wird, die von dem ersten Trägermaterial gelöste Nanodiamantschicht mit einem zweiten Trägermaterial verbunden wird und schließlich der Verbund aus dem zweiten Trägermaterial und der Nanodiamantschicht mit dem Bauteil verbunden wird. Bei diesem Verfahren kann das Aufbringen der Nanodiamantschicht auf das Bauteil optimiert werden, indem für die beiden Trägermaterialien jeweils ausgesuchte Materialien verwendet werden. So kann als erstes Trägermaterial ein solches gewählt werden, das für das Abscheiden der Nanodiamantschicht gut geeignet ist, beispielsweise eine Kupferfolie. Weiterhin kann durch das Verbinden der Nanodiamantschicht mit dem zweiten Trägermaterial eine doppellagige Schicht erhalten werden, bei der das zweite Trägermaterial für eine verbesserte Verbindung und einen verbesserten Zusammenhalt der Nanodiamantschicht sorgt, so dass die Nanodiamantschicht gegen ein Abplatzen deutlich besser resistent ist. Als zweites Trägermaterial bzw. als Verbindungsfolien können Folien aus Kunststoff, Metall, Mineral oder anderen Materialien herangezogen werden. Das Verbinden des dadurch entstandenen Doppelschichtmaterials mit dem Bauteil kann durch Kleben, Schweißen, Ultraschall, Löten oder aber auch durch selbstklebende Folien durchgeführt werden. Genauso ist es möglich, als zweites Trägermaterial eine Schicht aus Sprühkleber vorzusehen, oder eine anderweitige Haftlage aufzubringen, mit der dann unmittelbar eine Befestigung an dem Bauteil erfolgen kann.
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung rein beispielhaft beschrieben.
Nach einer ersten Ausführungsvariante kann auf ein Trägermaterial in Form eines Kupferblechs eine Nanodiamantschicht abgeschieden werden, wobei das Kupferblech an den Oberflächen zunächst geschliffen und poliert wird, um eine möglichst glatte und ebene Ausgangsoberfläche zu erzielen. Hierdurch ist nach einer Diamantbekeimung durch Belegung mit Nanodiamant im Ultraschallbad eine glatte und fehlerfreie Unterseite der Nanodiamantschicht während des Aufwachsens im CVD-Verfahren sichergestellt. Da die so erstellten Diamantschichten zur Kupferoberfläche keine chemische oder mechanische Bindung besitzen, lösen sie sich bei einer anschließenden Abkühlung leicht ab. Aus den abgelösten Nanodiamantschichten lassen sich beispielsweise mit Hilfe eines Kurzpulslasers beliebige Geometrien herstellen.
Bei einer alternativen Ausführungform der Erfindung wird eine Metallfolie mit der Nanodiamantschicht versehen und die Metallfolie mit der darauf befindlichen Nanodiamantschicht wird anschließend mit dem Bauteil verbunden. Hierdurch ist eine wesentlich verbesserte Beständigkeit gegen Impact-Belastungen geschaffen, da durch den Trägerwerkstoff in Form der Metallfolie auch bei punktuell eingebrachter kinetischer Energie keine Beschädigung der Nanodiamantschicht erfolgt.
Nach einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung kann als erstes Trägermaterial zunächst eine Kupferfolie oder andere Metallfolie entweder eben oder aber in verschiedenen Geometrien geformt verwendet werden, um diese Folie mit einer Nanodiamantschicht zu versehen. Hierzu erfolgt zunächst eine Diamantbekeimung der Folie und anschließend eine CVD-Abscheidung auf der Kupferfolie. Nach einem Abkühlen der so entstandenen Nanodiamantschicht lässt sich diese leicht von der Kupferfolie ablösen, wobei die ursprüngliche Kontur beibehalten wird. Anschließend kann die so erhaltene Nanodiamantschicht auf ein flexibles Trägermaterial auf gebracht werden, beispielsweise Verbindungsfolien aus Kunststoff, Metall, Mineral oder dergleichen, oder aber es wird ein solches zusätzliches Trägermaterial auf die Nanodiamantschicht aufgebracht, beispielsweise durch Aufsprühen oder Aufstreichen. Schließlich wird die so entstandene Doppellage bestehend aus der Nanodiamantschicht und dem zweiten Trägermaterial mit dem zu schützenden Bauteil verbunden, beispielsweise durch Kleben, Schweißen, Ultraschall, Löten oder durch Verwendung von selbstklebenden Folien oder Sprühklebern.
Auf dem Gebiet von Schleuderrädern kann die Nanodiamantschicht auf Verschleißplatten, Dosierer, Beschleuniger, Wurfschaufeln und dergleichen aufgebracht werden, wodurch eine erheblich verbesserte Standzeit erzielt werden kann.

Claims

Bauteil der Strahl- oder Schleiftechnik, das einem tribologischen Verschleiß unterliegt, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Oberfläche des Bauteils mit einer Nanodiamantschicht versehen ist.
Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nur ein Teil der Oberfläche des Bauteils mit der Nanodiamantschicht versehen ist.
Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanodiamantschicht direkt auf das Bauteil abgeschieden ist.
Bauteil nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanodiamantschicht auf ein Trägermaterial abgeschieden ist, und dass das Trägermaterial mit der darauf befindlichen Nanodiamantschicht mit dem Bauteil verbunden ist, beispielsweise durch Kleben, Löten oder Schweißen.
Bauteil nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanodiamantschicht auf ein Trägermaterial abgeschieden ist, und dass die von dem Trägermaterial gelöste Nanodiamantschicht mit dem Bauteil verbunden ist, beispielsweise durch Kleben, Löten oder Schweißen.
Bauteil nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanodiamantschicht auf ein erstes Trägermaterial abgeschieden ist, dass die von dem ersten Trägermaterial gelöste Nanodiamantschicht auf ein zweites Trägermaterial aufgebracht ist, und dass das zweite Trägermaterial mit der darauf befindlichen Nanodiamantschicht mit dem Bauteil verbunden ist, beispielsweise durch Kleben, Löten oder Schweißen.
Bauteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Trägermaterial eine Kunststofffolie ist.
Bauteil nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanodiamantschicht eine Dicke von etwa 20–2000 μm aufweist.
Bauteil nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses ein Bauteil einer Schleuderradanordnung, insbesondere eine Wurfschaufel ist.
Verfahren zum Herstellen eines Bauteils nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche 5, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Nanodiamantschicht auf einem Trägermaterial abgeschieden wird, die abgeschiedene Nanodiamantschicht von dem Trägermaterial gelöst wird, und die von dem Trägermaterial gelöste Nanodiamantschicht mit dem Bauteil verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanodiamantschicht in einer solchen Dicke auf dem Trägermaterial abgeschieden wird, dass diese nach dem Ablösen von dem Trägermaterial flexibel oder folienartig ist.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem Trägermaterial gelöste Nanodiamantschicht durch Kleben, Löten oder Schweißen, insbesondere Ultraschallschweißen, mit dem Bauteil verbunden wird.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 10–12, dadurch gekennzeichnet, dass als Trägermaterial eine Metallfolie, insbesondere eine Kupferfolie, verwendet wird.
Verfahren zum Herstellen eines Bauteils nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Nanodiamantschicht auf einem Trägermaterial abgeschieden wird, und das Trägermaterial mit der darauf befindlichen Nanodiamantschicht mit dem Bauteil verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial vor dem Abscheiden der Nanodiamantschicht durch Verformen an die Oberflächengestaltung des Bauteils angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 14, oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial mit der darauf befindlichen Nanodiamantschicht durch Kleben, Löten oder Schweißen, insbesondere Ultraschallschweißen, mit dem Bauteil verbunden wird.
Verfahren zum Herstellen eines Bauteils nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche 6–9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Nanodiamantschicht auf einem ersten Trägermaterial abgeschieden wird, die abgeschiedene Nanodiamantschicht von dem ersten Trägermaterial gelöst wird, die von dem ersten Trägermaterial gelöste Nanodiamantschicht mit einem zweiten Trägermaterial verbunden wird; und der Verbund aus dem zweiten Trägermaterial und der Nanodiamantschicht mit dem Bauteil verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass als zweites Trägermaterial eine Kunststofffolie verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 17, oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass als erstes Trägermaterial eine Metallfolie, insbesondere eine Kupferfolie verwendet wird.