DE4032862A1 - Verfahren zur vorbehandlung metallischer oberflaechen fuer thermische spritzbeschichtungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Haftgrundvorbereitung für Spritzbeschichtungen, die auf metallische Körper aufgetragen werden, um deren Volumen zu ergänzen oder spezielle Oberflächeneigenschaften zu erzielen. Die Beanspruchung der Spritzschicht erfolgt dabei insbesondere durch Fliehkräfte, wie sie beispielsweise an fliehkraftbeanspruchten Turbinenlaufschaufeln wirksam sind.

Oberflächenbeschichtungen erfahren eine wachsende Bedeutung sowohl bei der Wiederherstellung abgetragenen Volumens von Körpern als auch zur Sicherung spezieller zonal begrenzter Eigenschaften an Flächen und Körpern. Die Auftragungen werden eingesetzt zum Schutz des Trägerkörpers vor Korrosion, Abrasion, Erosion und Verschleiß. Spritzschichten können Laufeigenschaften verbessern, Freßneigungen zwischen Reibpaarungen vermindern sowie elektrisch und thermisch isolieren. Die Auftragungen werden zum Teil durch äußere Kräfte sowie durch thermisch bedingte Spannungen bis an die Grenzen ihrer im Vergleich zu Auftragsschweißungen niedrigen Haftfestigkeit beansprucht. Die Haftfestigkeit ist ein besonderes Qualitätskriterium für Spritzschichten, da aus der Größe der Haftfestigkeit meist unmittelbar auf den Gebrauchswert der Spritzschicht geschlossen werden kann. Die in der Praxis erreichbaren Haftfestigkeitswerte hängen von der Untergrundvorbehandlung der zu beschichtenden Flächen ab.

Ein besonderes Charakteristikum dafür ist die Oberflächenrauhigkeit. Zu ihrer Herstellung werden gewindeähnliche Riefen eingearbeitet oder eine Oberflächenbearbeitung mit metallischen oder keramischen Strahlmitteln - siehe DE-OS 28 16 283 - durchgeführt, die eine gewünschte, die Oberflächenschichthaftung verbessernde Oberflächentopographie erzeugt.

Ein Nachteil dieser Oberflächenvorbehandlungsmethode ist die Ausführung der rauhen Oberfläche als geschlossene Fläche mit zum Teil guten Haftscherfestigkeiten, die wesentlich zur Sicherung der Beschichtung bei Schubbelastung zwischen Tragschicht und Spritzschicht beiträgt.

Komplexe, die Schichtablösung zwischen Tragschicht und Spritzschicht bedingende Krafteinwirkungen werden jedoch damit insbesondere an fliehkraft- und tropfenschlagbeanspruchten rotierenden Turbinenlaufschaufeln nur unzureichend berücksichtigt und kompensiert. Das insbesondere mit keramischen Strahlmitteln durchgeführte Aufrauhen ist durch die auftretenden Stäube zudem umweltbelastend, gesundheitsschädigend und birgt die Gefahr von Mineraleinlagerungen in den Grundkörper in sich.

Die Erfindung hat zum Ziel, die Haftfähigkeit metallischer Bauteiloberflächen für thermische Spritzbeschichtungen so zu verbessern, daß eine hohe Haftzugfestigkeit zwischen Bauteil und Spritzbeschichtung entsteht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein umweltschonendes Verfahren zur Haftgrundvorbereitung zu entwickeln, das zur Erhöhung der Haftzugkräfte eine besondere innige und hoch belastbare Verbindung der Spritzbeschichtung mit der Bauteiloberfläche ermöglicht und rißkeimbildende Mineraleinlagerungen in den Grundkörper ausschließt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst, indem mittels eines Strahlgerätes die positionierte Bauteiloberfläche mit einem ständigen im Hochgeschwindigkeitsbereich austretenden Wassertropfenstrahl beaufschlagt wird.

Der Arbeitsdruck beträgt 2500-3500 bar und die weiteren variablen Arbeitsparameter betreffen die Düsenform für die Wassertropfengröße, den Abstand zwischen Düse und Werkstückoberfläche und die Relativgeschwindigkeit zwischen Wassertropfenstrahl und Werkstückoberfläche bei der Vorschubbewegung. Zur Verstärkung des erosiven Effektes können dem Wasser feste Partikel als Zusätze beigemischt werden.

Die mit den erosiven Auswaschungen erzeugte Oberflächentopographie weist scharfkantige Risse, Gräben, Krater und Vorsprünge mit großer Oberfläche und hohen Verklammerungs- und Anschmelzeigenschaften auf. Das dabei erhalten gebliebene erosionsfestere natürliche Tragegerüst des Werkstoffes bildet anschließend für die aufgetragene thermische Spritzbeschichtung wiederum das Tragegerüst und bewirkt somit die für die Fliehkraft erforderliche hohe Haftzugfestigkeit. Weiterhin sichert das Verfahren die angestrebte Umweltfreundlichkeit und gewährleistet, daß die bearbeitete Oberfläche frei von rißkeimbildenden Materialeinlagerungen ist. Durch leicht einstellbare Druckvarianten lassen sich zudem die Grundkörpereigenschaften unproblematisch während der Bearbeitung berücksichtigen.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Der zur Spritzbeschichtung ausgewählte Schaufelblattbereich wird mit einer geeigneten Positioniervorrichtung so zu der Düse eines Strahlgerätes ausgerichtet, daß der mit einem Druck von 2500-3500 bar auftreffende Wassertropfenstrahl diesen Schaufelblattbereich fortlaufend linienförmig bestreicht. Entsprechend dem zu bearbeitenden Werkstoff sind die einstellbaren Parameter so auszulegen, daß eine optimale erosive Auswaschung der Weichstoffe aus der Gefügestruktur erreicht wird. Neben dem Druck des Wassertropfenstrahles sind als zusätzliche Parameter die Düsenform zur Formung der Wassertropfengröße, der Abstand zwischen Düse und zu beaufschlagender Werkstückoberfläche, die Relativgeschwindigkeit zwischen Wassertropfenstrahl und Werkstückoberfläche und die Zusammensetzung des Wassers von Bedeutung.

Der Wassertropfenstrahl wird solange über die zu bearbeitende Fläche geführt, bis die gewünschte erosive Oberflächenrauhigkeit erreicht ist.

Erst mit diesem Verfahren kann auf relativ einfache Art eine Erhöhung der Haftzugfestigkeit für die nachfolgend aufgebrachte thermische Spritzschicht erzielt werden.

Claims (1)

1. Verfahren zur Vorbehandlung metallischer Oberflächen für thermische Spritzbeschichtungen insbesondere fliehkraftbeanspruchter Turbinenlaufschaufeln mittels eines Strahlgerätes, gekennzeichnet dadurch, daß mit dem Strahlgerät auf die positionierte Bauteilfläche ein ständiger Wassertropfenstrahl als gesteuerte Erosion mit einem Druck von 2500-3500 bar auftrifft, wobei entsprechend der Festigkeit des Bauteilwerkstoffes dem Wasser abrasiv wirkende Zusätze beigemischt werden können und die Düsenform, der Düsenabstand und die Relativgeschwindigkeit zwischen Wassertropfenstrahl und Bauteilfläche variabel sind.