DE102005047688B3 - Kaltgasspritzverfahren - Google Patents
Kaltgasspritzverfahren Download PDFInfo
- Publication number
- DE102005047688B3 DE102005047688B3 DE102005047688A DE102005047688A DE102005047688B3 DE 102005047688 B3 DE102005047688 B3 DE 102005047688B3 DE 102005047688 A DE102005047688 A DE 102005047688A DE 102005047688 A DE102005047688 A DE 102005047688A DE 102005047688 B3 DE102005047688 B3 DE 102005047688B3
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- particles
- coating
- nanoparticles
- microencapsulation
- cold gas
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
- C23C24/02—Coating starting from inorganic powder by application of pressure only
- C23C24/04—Impact or kinetic deposition of particles
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft ein Kaltgasspritzverfahren, mit dessen Hilfe ein zu beschichtendes Substrat mit Partikeln beschichtet werden kann. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass als Partikel mikroverkapselte Agglomerate von Nanopartikeln 27a, 27b verwendet werden. Hiermit lassen sich vorteilhaft die Vorteile, die mit der Verwendung von Nanopartikeln verbunden sind, für die Schicht nutzen. Die Nanopartikel 27a, 27b werden mit Mikroverkapselungen 26c zusammengehalten, wobei die so gebildeten mikroverkapselten Partikel 19, die bei dem Kaltgasspritzverfahren verwendet werden, Abmessungen im Mikrometer-Bereich aufweisen und damit einer Verwendung beim Kaltgasspritzen überhaupt erst zugänglich werden. Die mikroverkapselten Nanopartikel können beispielsweise verwendet werden, um eine UV-Schutzschicht von Lampensockeln für Gasentladungslampen herzustellen.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Kaltgasspritzverfahren, bei dem mit einer Kaltspritzdüse ein auf ein zu beschichtendes Substrat gerichteter Kaltgasstrahl erzeugt wird, dem die Beschichtung bildende Partikel beigegeben werden.
- Das eingangs genannte Kaltgasspritzverfahren ist beispielsweise aus der
DE 102 24 780 A1 bekannt. Dabei werden Partikel, die eine Beschichtung auf einem zu beschichtenden Substrat bilden sollen, in einen mittels einer Kaltspritzdüse erzeugten Kaltgasstrahl eingebracht und durch diesen vorzugsweise auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt. Daher treffen die Partikel auf das Substrat mit einer hohen kinetischen Energie auf, die ausreicht, um eine Haftung der Partikel auf dem Substrat bzw. untereinander zu gewährleisten. Auf diese Weise lassen sich mit hohen Depositionsraten Beschichtungen erzeugen, wobei eine thermische Aktivierung der Partikel nicht oder nur in geringem Maße notwendig ist. Daher lassen sich thermisch verhältnismäßig empfindliche Partikel für die Schichtbildung verwenden. Aufgrund des Erfordernisses der Einprägung einer kinetischen Energie in die Partikel ist es notwendig, dass diese eine genügende Masseträgheit aufweisen. Daher ist das Kaltgasspritzen auf Partikelgrößen oberhalb von 5 μm beschränkt. - Besteht der Wunsch, nanostrukturierte Schichten durch Verwendung von Nanopartikeln herzustellen, so kann gemäß der
US 6,447,848 B1 ein thermisches Beschichtungsverfahren verwendet werden. Hierbei werden die Nanopartikel in einer Flüssigkeit suspendiert und mit dieser Flüssigkeit dem Flamm strahl des thermischen Beschichtungsverfahrens zugeführt. Dabei können auch Mischungen von Flüssigkeiten verwendet werden, wodurch sich die Zusammensetzung der nanostrukturierten Schicht beeinflussen lässt. Die Verwendung des thermischen Spritzens ist auf Anwendungen dieses Verfahrens auf Schichtmaterialien mit einer hohen Temperaturbeständigkeit beschränkt, wenn die Nanostrukturierung der zugeführten Nanoteilchen erhalten bleiben soll (z. B. keramische Teilchen). - Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Beschichten von Substraten anzugeben, mit dem sich nanostrukturierte Schichten aus verhältnismäßig temperaturempfindlichen Rohmaterialien herstellen lassen.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den eingangs angegebenen Kaltgasspritzverfahren dadurch gelöst, dass als Partikel mikroverkapselte Agglomerate von Nanopartikeln verwendet werden. Diese Agglomerate weisen in Bezug auf die Anwendung des Kaltgasspritzverfahrens eine genügende Masseträgheit auf, damit diese bei einer Beschleunigung zum zu beschichtenden Substrat hin auf diesem haften bleiben. Die Mikroverkapselung der Nanopartikel hat erfindungsgemäß also den Zweck, dass die Nanopartikel überhaupt in eine sich bildenden Beschichtung eingebaut werden können. Innerhalb der sich im Aufbau befindlichen Beschichtung können die Vorteile der Nanopartikel genutzt werden. Insbesondere lassen sich nanostrukturierte Beschichtungen herstellen, deren Struktur von der Nanostruktur der Nanopartikel bestimmt wird. Da die Nanopartikel mit dem erfindungsgemäßen Verfahren dem Kaltgasspritzen zugänglich werden, ist es auch möglich, verhältnismäßig temperaturempfindliche Nanopartikel zu verwenden, da dieses Verfahren im Verhältnis zu thermischen Spritzverfahren bei geringen Temperaturen durchgeführt werden kann. Dieses schließt jedoch nicht eine gewisse Erwärmung des Kaltgasstrahls aus, durch die eine zusätzliche Aktivierung der Partikel erfolgen kann.
- Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Energieeintrag in den Kaltgasstrahl derart bemessen wird, dass die Mikroverkapselung der Partikel auf das Substrat zerstört wird. Hierdurch kann erreicht werden, dass die Eigenschaften der ausgebildeten Beschichtung allein durch die Eigenschaften der Nanopartikel bestimmt wird, während die Zersetzungsprodukte der Mikroverkapselung in die Umgebung entweichen. Dies lässt sich beispielsweise dadurch erreichen, dass die Mikroverkapselung im Vergleich zu den Nanopartikeln einen wesentlich geringeren Siedepunkt aufweist, so dass die aufgrund des Auftreffens der Partikel auf das Substrat entstehende Wärme zur Verdampfung der Mikroverkapselung ausreicht, ohne dass die Nanopartikel aufgeschmolzen werden.
- Die Mikroverkapselung kann jedoch auch bewusst so ausgewählt werden, dass diese beispielsweise als Füllstoff in die Beschichtung eingebaut werden kann. Es entstehen dabei Komposite aus den Nanopartikeln und dem Material der Mikroverkapselung, deren Eigenschaften sich auf das geforderte Anforderungsprofil einstellen lassen. Beispielsweise könnte die Mikroverkapselung Polymere enthalten, während die Nanopartikel aus Hartstoffen (beispielsweise Keramiken wie TiO2) gebildet sind. Hierdurch lässt sich aufgrund der Härte der Nanopartikel eine Verschleißschutzschicht aus Kunststoff herstellen, die aufgrund der Eigenschaften der Kunststoffmatrix eine enorme Duktilität und Haftung aufweist.
- Sollten ungewünschte Rückstände des Materials der zerstörten Mikroverkapselung in der Beschichtung verbleiben, so können diese gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung in einem nachgelagerten Verfahrensschritt aus der Beschichtung entfernt werden. Hierzu eignen sich beispielsweise Wärmebehandlungsverfahren, wobei die Temperatur bei diesem Verfahren so eingestellt wird, dass die gewünschten Eigenschaften der Nanopartikel nicht beeinflusst werden, jedoch die Rückstände der Mikroverkapselung aus der Beschichtung entweichen. Eine andere Möglichkeit ist die Anwendung chemischer Verfahren, bei denen die Rückstände der Mikroverkapselung beispielsweise mit einem Lösungsmittel aus der Beschichtung herausgelöst werden können. Das nachträgliche Entfernen der Rückstände der Mikroverkapselung kann auch bewusst genutzt werden, um poröse nanostrukturierte Beschichtungen herzustellen.
- Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Energieeintrag in den Kaltgasstrahl derart bemessen wird, dass die Mikroverkapselung in die Beschichtung eingebaut wird. Bei dieser Ausgestaltung des Verfahrens bleibt die Struktur der zur Beschichtung verwendeten Partikel weitgehend erhalten, wobei die Mikroverkapselung in der Beschichtung eine Matrix bildet, in der die Nanopartikel enthalten sind. Während des Auftreffens der Partikel auf die sich ausbildende Beschichtung kann je nach dem Energieeintrag in den Kaltgasstrahl jedoch eine Umstrukturierung innerhalb der Partikel erfolgen.
- Weiterhin ist es vorteilhaft möglich, dass der Energieeintrag in den Kaltgasstrahl während des Aufbaus der Beschichtung geändert wird. Hierdurch wird es möglich, den Aufbau der Beschichtung abhängig von der Schichtdicke zu beeinflussen, so dass sich Schichten mit veränderlichen Eigenschaften über die Schichtdicke erzeugen lassen. Der Energieeintrag kann abrupt geändert werden, um einen schichtweisen Aufbau der Beschich tung zu erzeugen, oder kontinuierlich geändert werden, um Gradientenschichten zu erzeugen.
- Der Energieeintrag in den Kaltgasstrahl kann im Wesentlichen durch zwei Energiekomponenten beeinflusst werden. Einmal lässt sich der kinetische Energieeintrag durch den Grad der Beschleunigung der Partikel im Kaltgasstrahl beeinflussen. Dies ist die Haupteinflussgröße, da gemäß dem Prinzip des Kaltgasspritzens die kinetische Energie der Partikel die Beschichtungsbildung bewirkt. Eine weitere Möglichkeit der Beeinflussung des Energieeintrags ist die bereits erwähnte Möglichkeit, dem Kaltgasstrahl zusätzlich thermische Energie zuzuführen. Diese unterstützt die Erwärmung der Partikel aufgrund der Umsetzung der kinetischen Energie beim Auftreffen auf die sich bildende Beschichtung.
- Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass während des Aufbaus der Beschichtung die Zugabe der verschiedenartigen Partikel erfolgt. Hierin besteht vorteilhaft eine andere Möglichkeit, die Beschichtung mit über der Schichtdicke veränderlichen Eigenschaften auszustatten. Es ist sowohl möglich, Partikel einer bestimmten Art zu verspritzen und ab einem bestimmten Zeitpunkt Partikel einer andern Art zu verwenden; als auch ist es möglich, Mischungen von Partikeln zu verwenden, wobei sich hierdurch der sich ausbildenden nanostrukturierten Beschichtung eine Mikrostruktur überlagern lässt, da eine Diffusion der Nanopartikel von einem Partikel in einen benachbarten nur begrenzt möglich ist.
- Zusätzlich ist es vorteilhaft möglich, dass dem Kaltgasstrahl ein reaktives Gas zugegeben wird, welches bei der Bildung der Beschichtung mit Bestandteilen der Partikel reagiert. Als re aktives Gas kann insbesondere Sauerstoff zugegeben werden, was bei der Verwendung metallischer Nanopartikel beispielsweise zur Bildung von Oxyden führt, deren Eigenschaften eines Verschleißschutzes in der fertig gestellten Beschichtung gezielt genutzt werden können. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass das reaktive Gas zur Auflösung des Materials der Mikroverkapselung beiträgt. Die Aktivierungsenergie zur Reaktion mit dem reaktiven Gas entsteht vorteilhaft erst im Zeitpunkt des Auftreffens der Partikel auf die sich ausbildende Beschichtung, wenn die kinetische Energie der Partikel in Wärmeenergie umgewandelt wird.
- Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass in den Partikeln verschiedenartige Nanopartikel enthalten sind. Die Gemische von Nanopartikeln in den Partikeln können beim Auftreffen dieser Partikel auf die sich ausbildende Beschichtung miteinander reagieren bzw. Gefügephasen ausbilden, die eine Mischung der in den Nanopartikeln enthaltenden Elemente aufweisen. Hierdurch lassen sich Gefügezustände mit einer Nanostruktur erzeugen, welche sich durch eine standardmäßige Legierungsbildung wegen der sich dort einstellenden Gleichgewichte nicht erzeugen ließen.
- Durch eine geeignete Auswahl der Nanopartikel kann auch erreicht werden, dass die verschiedenartigen Nanopartikel während der Bildung der Beschichtung miteinander reagieren. Hierdurch lassen sich Vorstufen von Reaktionsprodukten als Nanopartikel herstellen, deren Reaktionsprodukte bei der Herstellung als Nanopartikel Probleme aufwerfen würden.
- Weiterhin kann vorgesehen werden. Dass die Nanostruktur der Beschichtung in einem dem Beschichten nachgelagerten Wärmebehandlungsschritt gezielt verändert wird. Durch den Wärmebe handlungsschritt können in dem Gefüge der naostrukturierten Beschichtung Diffusionsprozesse einzelner Legierungselemente der Nanopartikel bzw. zwischen Nanopartikeln unterschiedlicher Zusammensetzung in Gang gesetzt werden, wobei durch Temperatur und Dauer bei der Wärmebehandlung die Gefügeveränderung gezielt beeinflusst werden kann. Weiterhin können durch die Wärmebehandlung in der Beschichtung eventuelle Spannungen abgebaut werden.
- Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn zusätzlich zu den Nanopartikeln Hilfsstoffe für die Schichtbildung, insbesondere Kornwachstums-Inhibitoren in den Partikeln enthalten sind. Mit den Kornwachstums-Inhibitoren ist es beispielsweise möglich, bei einer Wärmebehandlung der nanostrukturierten Schicht die Nanostruktur bei einem gleichzeitigen Abbau von Spannungen in dem Gefüge zu erhalten. Kornwachstums-Inhibitoren sind beispielsweise in der
US 6,287,714 B1 beschrieben. - Eine günstige Anwendung des Verfahrens liegt vorteilhafterweise darin, dass das Substrat durch einen Kunststoffkörper, insbesondere einen Lampensockel gebildet wird, wobei als Beschichtung eine Schutzschicht gegen elektromagnetische Strahlung insbesondere im UV-Bereich ausgebildet wird, deren Zusammensetzung im an den Lampensockel angrenzenden Bereich hinsichtlich einer guten Haftung auf dem Lampensockel modifiziert ist. Bei dem zu beschichtenden Lampensockel kann es sich beispielsweise um Lampensockel von Gasentladungslampen für den Einsatz in Kfz-Scheinwerfen handeln. Die Anteile des Scheinwerferlichtes im UV-Bereich sind nämlich bei längerer Betriebsdauer der Gasentladungslampe schädlich für den aus Kunststoff gefertigten Lampensockel, der sich unter ihrem Einfluss zersetzt. Die Notwendigkeit einer Beschichtung des Lampensockels zum Schutz gegen UV-Strahlung kann beispiels weise der
EP 1 460 675 A2 entnommen werden. Das Problem, das bei der Beschichtung zu lösen ist, liegt darin, dass die als UV-Schutz geeigneten Schichten eine keramische Gefügestruktur aufweisen und daher aufgrund ihres spröden Verhaltens dazu neigen, von dem duktilen Grundwerkstoff des Lampensockels abzuplatzen. Dies kann durch die erfindungsgemäße Verwendung des beschriebenen Verfahrens dadurch verhindert werden, dass die Zusammensetzung der Schicht am Lampensockel hinsichtlich einer guten Haftung optimiert ist. Beispielsweise kann ein Polymeranteil, der gleichzeitig die Mikroverkapselung bildet, mit in die Schicht eingebaut werden, damit diese Eigenschaften erlangt, die hinsichtlich der Duktilität mit denen des Grundwerkstoffes vergleichbar sind. In der weitern Folge des Beschichtungsverfahrens kann dann eine Gradientenschicht gebildet werden, in der der Anteil an Polymerwerkstoff hin zur Oberfläche der Schicht abnimmt und schließlich vollständig verschwindet, da dieser als UV-lichtempfindlicher Anteil von der Strahlung der Lampe ferngehalten werden muss. Die UV-lichtundurchlässigen Anteile, beispielsweise Kupferoxid, können als Nanopartikel in der Mikroverkapselung vorgesehen werden, wobei der Anteil an derartigen Nanopatikeln zur Schichtoberfläche hin bis zu einem Anteil von 100% gesteigert wird. - Anstelle einer Gradientenschicht kann auch ein mehrschichtiger Aufbau bevorzugt werden, wobei der Anteil an Polymerwerkstoff schrittweise verringert wird. Auch ist es möglich, als duktilitätssteigernden Anteil in der Beschichtung nicht ein Polymermaterial, sondern elementares Kupfer zu verwenden. Dieses kann entweder als Mischung von Nanopartikeln mit Kupferoxid gemeinsam verspritzt werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, nur Kupfer als Nanopartikel zu verwenden, und gleichzeitig Sauerstoff als Reaktivgas in den Kaltgasstrahl beizumengen, der zu einer Oxidation der Nanopartikel aus Kupfer führt.
- Weitere Merkmale der Erfindung sind im Folgenden anhand der Zeichnung beschrieben. Gleiche oder sich entsprechende Zeichnungselemente in den Figuren sind jeweils durch gleiche Bezugszeichen benannt, wobei diese nur insoweit mehrfach erläutert werden, wie sich Unterschiede zwischen den einzelnen Figuren ergeben. Es zeigen
-
1 eine Beschichtungsanlage zur Ausführung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch, die -
2 bis4 Ausführungsbeispiele von mikroverkapselten Agglomeraten von Nanopartikeln als schematische Schnitte, -
5 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens und -
6 eine Gasentladungslampe für Kfz, die mit einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens beschichtet wurde. - Gemäß
1 ist eine Beschichtungsanlage für das Kaltgasspritzen dargestellt. Diese weist einen Vakuumbehälter11 auf, in dem einerseits eine Kaltspritzdüse12 und andererseits ein zu beschichtendes Substrat13 angeordnet sind (Befestigung nicht näher dargestellt). Durch eine erste Leitung14 kann ein Prozessgas der Kaltspritzdüse zugeführt werden. Diese weist, wie durch die Kontur angedeutet, eine Laval-Form auf, durch die das Prozessgas entspannt und in Form eines Kaltgasstrahls (Pfeil15 ) zu einer Oberfläche16 des Substrates13 hin beschleunigt wird. Das Prozessgas kann als reaktives Gas beispielsweise Sauerstoff17 enthalten, welcher an einer Reaktion an der Oberfläche16 des Substrates13 betei ligt ist. Weiterhin kann das Prozessgas in nicht dargestellter Weise erwärmt werden, wodurch sich in dem Vakuumbehälter11 eine geforderte Prozesstemperatur einstellen lässt. - Durch eine zweite Leitung
18 können der Kaltspritzdüse12 Partikel19 zugeführt werden, die in dem Gasstrahl beschleunigt werden und auf die Oberfläche16 auftreffen. Die kinetische Energie der Partikel19 führt zu der Ausbildung einer Schicht20 , in die auch der Sauerstoff17 eingebaut werden kann. Die bei der Schichtbildung ablaufenden Prozesse werden im Folgenden noch näher erläutert. Zur Ausbildung der Schicht20 kann das Substrat13 in Richtung des Doppelpfeils21 vor der Kaltgasdüse12 hin und her bewegt werden. Während dieses Beschichtungsprozesses wird das Vakuum im Vakuumbehälter11 durch eine Vakuumpumpe22 ständig aufrechterhalten, wobei das Prozessgas vor Durchleitung durch die Vakuumpumpe22 durch einen Filter23 geführt wird, um Partikel und andere Restprodukte der Beschichtung auszufiltern, die beim Auftreffen auf die Oberfläche16 nicht an diese gebunden wurden. - Schraffiert dargestellt ist eine Einflusszone
24 , die andeutet, dass aufgrund der kinetischen Energie der Partikel19 eine Wechselwirkung zwischen den oberflächennahen Bereichen des Substrates13 und den auftreffenden Partikeln19 entsteht. Diese führt zu einer Anhaftung der aufwachsenden Schicht20 auf dem Substrat, wobei das Substrat an der Oberfläche mikroverformt wird. Bei weiterem Schichtwachstum treten die bereits anhaftenden Partikel19 mit den jeweils neu auftreffenden Partikeln19 in eine vergleichbare Wechselwirkung, wodurch ein kontinuierlicher Schichtaufbau möglich wird. - Die Partikel
19 bestehen aus einem Agglomerat25 aus Nanopartikeln, die durch eine Mikroverkapselung26b zusammengehalten werden. Bei dem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß1 bleibt die Mikroverkapselung26b beim Auftreffen der Partikel19 auf das Substrat13 erhalten. Die Mikroverkapselung stellt damit eine Matrix dar, in der das Agglomerat von Nanopartikeln gebunden ist. Die Nanopartikel können beispielsweise aus Kupferoxid bestehen, mit dem eine UV-Schutzbeschichtung bei einer Lampe gemäß6 aufgebracht werden kann. Die Mikroverkapselung bestünde in diesem Falle aus dem Material des Lampensockels, beispielsweise einem Polymer, so dass eine ausgezeichnete Haftung der in der Mikroverkapselung26b gebundenen Nanopartikel entsteht. Im weiteren Verlauf des Beschichtungsverfahrens kann die kinetische Energie, die durch die Kaltgasdüse12 den Partikeln19 aufgeprägt wird, erhöht werden, so dass es mehr und mehr zu einer Verdampfung der Mikroverkapselung26 beim Auftreffen der Partikel auf die sich bildende Schicht20 kommt. Auf diese Weise lässt sich eine Gradientenschicht herstellen, deren erzeugte Oberfläche ausschließlich aus Kupferoxid besteht, um einen wirksamen UV-Schutz für das Polymer des Substrates13 zu erzeugen. Der Aufbau der Partikel19 gemäß dem Ausführungsbeispiel gemäß1 lässt sich3 entnehmen. - Die
2 bis4 stellen verschiedene Ausprägungen von agglomerierten Nanopartikeln27 in verschiedenen Mikroverkapselungen26a ,26b ,26c dar. Eine Mikroverkapselung26a kann dadurch gebildet werden, dass die Nanopartikel27 in eine Suspension eingebracht werden. Innerhalb dieser Suspension agglomerieren die Nanopartikel zu Agglomeraten, die der Menge der in2 dargestellten Nanopartikel27 entsprechen. In einem weiteren Verfahrensschritt wird der Suspension, in der die Agglomerate der Nanopartikeln27 bereits vorliegen, ein Material zugegeben, welches die Mikroverkapselung26a ausbildet. Hierbei kann es sich beispielsweise um Moleküle handeln, die um das jeweilige Agglomerat von Nanopartikeln27 einem so genannten self-assembling Layer, also eine sich selbst strukturierende Schicht bilden. Hierbei kann es sich beispielsweise um bipolare Polymer-Moleküle handeln, die sich in der Schicht der Mikroverkapselung26a automatisch ausrichten und auf diese Weise die Polymerumhüllung mit einer vergleichsweise hohen Dichte erzeugen. Dieser Prozess des self-assembling wird insbesondere durch Nanopartikel27 unterstützt, welche selbst eine Ladung aufweisen oder als Dipol ausgebildet sind. - Die Mikroverkapselung
26b gemäß3 wird ähnlich wie die gemäß2 in einer Suspension hergestellt. Allerdings erfolgt das agglomerieren der Nanopartikel und die Herstellung der Mikroverkapselung gleichzeitig, so dass die Vernetzung beispielsweise von Polymermolekülen, die die Mikroverkapselung26b bilden, das sich ausbildende Agglomerat fixiert. Die Partikel19 gemäß3 eignen sich für Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem das Material der Mikroverkapselung homogen in die Schicht eingebaut werden soll bzw. bei denen das Material der Mikroverkapselung eine Reaktion der Nanopartikel27 vor der Schichtbildung verhindert soll. Auf diese Weise lassen sich beispielsweise reaktive Gemische von Nanopartikeln in einer Mikroverkapselung einbetten. - In
4 ist ein Partikel19 dargestellt, welches mehrschichtig aufgebaut ist. Die Agglomerate von Nanopartikeln27a ,27b werden jeweils mit einer Mikroverkapselung versehen, wobei die Mikroverkapselungen ein mehrschichtiges Partikel ergeben. Die Partikel19 gemäß4 können nach einem Ver fahren hergestellt werden, welches die Firma Capsulution® am 23.05.2005 auf Ihrer Homepage www.capsulution.com unter „Technology" erläutert hat. Dieses Verfahren wird dort als LBL-Technology® bezeichnet (LBL bedeutet layer by layer). Die Nanopartikel werden gemäß diesem Verfahren in einer wässrigen Lösung suspendiert, wobei zur Bildung der Mikroverkapselungen um die Agglomerate elektrostatische Kräfte des Materials der Mikroverkapselung genutzt werden. - In
5 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dargestellt. Ein Partikel19 wird auf die Oberfläche16 des Substrates13 beschleunigt und verformt diese beim Auftreffen leicht, wobei die Mikroverkapselung26a abgesprengt wird. Die Nanopartikel27 bilden dabei die Beschichtung20 , die bei Fortführung des Verfahrens immer dicker wird. Der Energieeintrag durch das Kaltspritzverfahren wird so eingestellt, dass die Gefügestruktur der Nanopartikel27 weitgehend erhalten wird, so dass die Nanostruktur der sich bildenden Schicht20 durch die Größe der Nanopartikel bestimmt wird. - In
6 ist ein Anwendungsbeispiel für eine gemäß dem beschriebenen Verfahren gemäß1 gebildete Schutzschicht28 dargestellt. Diese wird auf einen Lampensockel29 aufgebracht und schützt diesen dadurch vor UV-Strahlung, die von einem Lampenkörper30 ausgeht. Bei der dargestellten Lampe31 handelt es sich um eine Gasentladungslampe für Kfz-Scheinwerfer. Der Lampensockel29 ist nur in dem Bereich mit der Schutzschicht28 versehen, der der UV-Strahlung direkt ausgesetzt ist.
Claims (12)
- Kaltgasspritzverfahren, bei dem mit einer Kaltspritzdüse (
12 ) ein auf ein zu beschichtendes Substrat (13 ) gerichteter Kaltgasstrahl (15 ) erzeugt wird, dem die Beschichtung (20 ) bildende Partikel (19 ) beigegeben werden, dadurch gekennzeichnet, dass als Partikel (19 ) mikroverkapselte Agglomerate von Nanopartikeln (27 ) verwendet werden. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Energieeintrag in den Kaltgasstrahl (
15 ) derart bemessen wird, dass die Mikroverkapselung (26a ,26b ,26c ) der Partikel (19 ) auf dem Substrat zerstört wird. - Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Rückstände des Materials der zerstörten Mikroverkapselung (
26a ,26b ,26c ) in einem nachgelagerten Verfahrensschritt aus der Beschichtung entfernt werden. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Energieeintrag in den Kaltgasstrahl (
15 ) derart bemessen wird, dass die Mikroverkapselung (26a ,26b ,26c ) in die Beschichtung (20 ) eingebaut wird. - Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Energieeintrag in den Kaltgasstrahl (
15 ) während des Aufbaus der Beschichtung (20 ) geändert wird. - Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Aufbaus der Beschichtung (
20 ) die Zugabe verschiedenartiger Partikel (19 ) erfolgt. - Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kaltgasstrahl (
15 ) ein reaktives Gas zugegeben wird, welches bei der Bildung der Beschichtung (20 ) mit Bestandteilen der Partikel (19 ) reagiert. - Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Partikeln (
19 ) verschiedenartige Nanopartikel (27 ) enthalten sind. - Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die verschiedenartigen Nanopartikel (
27 ) während der Bildung der Beschichtung (20 ) miteinander reagieren. - Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanostruktur der Beschichtung (
20 ) in einem dem Beschichten nachgelagerten Wärmebehandlungsschritt gezielt verändert wird. - Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu den Nanopartikeln (
27 ) Hilfsstoffe für die Schichtbildung, insbesondere Kornwachstums-Inhibitoren in den Partikeln (19 ) enthalten sind. - Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat durch einen Kunststoffkörper, insbesondere einen Lampensockel (
29 ) gebildet wird, wobei als Beschichtung eine Schutzschicht (28 ) gegen elektromagnetische Strahlung insbesondere im UV-Bereich ausgebildet wird, deren Zusammensetzung im an den Lampensockel angrenzenden Bereich hinsichtlich einer guten Haftung auf dem Lampensockel modifiziert ist.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102005047688A DE102005047688C5 (de) | 2005-09-23 | 2005-09-23 | Kaltgasspritzverfahren |
PCT/EP2006/066392 WO2007033936A1 (de) | 2005-09-23 | 2006-09-15 | Kaltgasspritzverfahren |
US11/992,325 US8080278B2 (en) | 2005-09-23 | 2006-09-15 | Cold gas spraying method |
EP06793543.7A EP1926841B1 (de) | 2005-09-23 | 2006-09-15 | Kaltgasspritzverfahren |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102005047688A DE102005047688C5 (de) | 2005-09-23 | 2005-09-23 | Kaltgasspritzverfahren |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102005047688B3 true DE102005047688B3 (de) | 2006-11-02 |
DE102005047688C5 DE102005047688C5 (de) | 2008-09-18 |
Family
ID=37085297
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102005047688A Expired - Fee Related DE102005047688C5 (de) | 2005-09-23 | 2005-09-23 | Kaltgasspritzverfahren |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US8080278B2 (de) |
EP (1) | EP1926841B1 (de) |
DE (1) | DE102005047688C5 (de) |
WO (1) | WO2007033936A1 (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102006047103A1 (de) * | 2006-09-28 | 2008-04-03 | Siemens Ag | Pulver für Kaltgasspritzverfahren |
EP2298962A1 (de) * | 2009-07-17 | 2011-03-23 | MTU Aero Engines AG | Kaltgasspritzen von oxydhaltigen Schutzschichten |
DE102009052983A1 (de) | 2009-11-12 | 2011-05-19 | Mtu Aero Engines Gmbh | Beschichten von Kunststoffbauteilen mittels kinetischen Kaltgasspritzens |
Families Citing this family (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB0909183D0 (en) | 2009-05-28 | 2009-07-08 | Bedi Kathryn J | Coating method |
DE102009037846A1 (de) * | 2009-08-18 | 2011-02-24 | Siemens Aktiengesellschaft | Partikelgefüllte Beschichtungen, Verfahren zur Herstellung und Verwendungen dazu |
DE102009052970A1 (de) * | 2009-11-12 | 2011-05-19 | Mtu Aero Engines Gmbh | Kaltgasspritzdüse und Kaltgasspritzvorrichtung mit einer derartigen Spritzdüse |
WO2011108671A1 (ja) * | 2010-03-04 | 2011-09-09 | イマジニアリング株式会社 | 被膜形成装置、及び被膜形成物の製造方法 |
DE102010022593A1 (de) | 2010-05-31 | 2011-12-01 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zum Kaltgasspritzen einer Schicht mit einer metallischen Gefügephase und einer Gefügephase aus Kunststoff, Bauteil mit einer solchen Schicht sowie Verwendungen dieses Bauteils |
SG186916A1 (en) * | 2010-07-15 | 2013-02-28 | Commw Scient Ind Res Org | Surface treatment |
DE102011052118A1 (de) * | 2011-07-25 | 2013-01-31 | Eckart Gmbh | Verfahren zum Aufbringen einer Beschichtung auf einem Substrat, Beschichtung und Verwendung von Partikeln |
DE102011052120A1 (de) * | 2011-07-25 | 2013-01-31 | Eckart Gmbh | Verwendung speziell belegter, pulverförmiger Beschichtungsmaterialien und Beschichtungsverfahren unter Einsatz derartiger Beschichtungsmaterialien |
DE102011052119A1 (de) * | 2011-07-25 | 2013-01-31 | Eckart Gmbh | Verfahren zur Substratbeschichtung und Verwendung additivversehener, pulverförmiger Beschichtungsmaterialien in derartigen Verfahren |
US20140065320A1 (en) * | 2012-08-30 | 2014-03-06 | Dechao Lin | Hybrid coating systems and methods |
US9850579B2 (en) * | 2015-09-30 | 2017-12-26 | Delavan, Inc. | Feedstock and methods of making feedstock for cold spray techniques |
DE102018009153B4 (de) | 2017-11-22 | 2021-07-08 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Beschichtungsverfahren |
US11492708B2 (en) | 2018-01-29 | 2022-11-08 | The Boeing Company | Cold spray metallic coating and methods |
CN110468402A (zh) * | 2018-05-11 | 2019-11-19 | 中国科学院金属研究所 | 一种冷喷涂制备y2o3陶瓷涂层的改进方法 |
US11634820B2 (en) * | 2019-06-18 | 2023-04-25 | The Boeing Company | Molding composite part with metal layer |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6447848B1 (en) * | 1995-11-13 | 2002-09-10 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Nanosize particle coatings made by thermally spraying solution precursor feedstocks |
DE10224780A1 (de) * | 2002-06-04 | 2003-12-18 | Linde Ag | Verfahren und Vorrichtung zum Kaltgasspritzen |
Family Cites Families (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1999010121A1 (en) * | 1997-08-22 | 1999-03-04 | Inframat Corporation | Grain growth inhibitor for superfine materials |
FR2775696B1 (fr) * | 1998-03-05 | 2000-04-14 | Saint Gobain Vitrage | Substrat a revetement photocatalytique |
US7101575B2 (en) * | 1998-03-19 | 2006-09-05 | Max-Planck-Gesellschaft Zur Forderung Der Wissenschaften E.V. | Production of nanocapsules and microcapsules by layer-wise polyelectrolyte self-assembly |
RU2160697C2 (ru) | 1998-09-11 | 2000-12-20 | Акционерное общество закрытого типа "Тетра" | Способ управления формой синтезируемых частиц и получения материалов и устройств, содержащих ориентированные анизотропные частицы и наноструктуры (варианты) |
RU2149218C1 (ru) | 1998-12-18 | 2000-05-20 | Бузник Вячеслав Михайлович | Состав для покрытий и способ его нанесения |
US6344237B1 (en) * | 1999-03-05 | 2002-02-05 | Alcoa Inc. | Method of depositing flux or flux and metal onto a metal brazing substrate |
US6723387B1 (en) * | 1999-08-16 | 2004-04-20 | Rutgers University | Multimodal structured hardcoatings made from micro-nanocomposite materials |
AU2001277530A1 (en) * | 2000-07-07 | 2002-01-21 | Linde Gas Ag | Plastic surface with a thermally sprayed coating and method for production thereof |
US6674047B1 (en) * | 2000-11-13 | 2004-01-06 | Concept Alloys, L.L.C. | Wire electrode with core of multiplex composite powder, its method of manufacture and use |
US7442227B2 (en) * | 2001-10-09 | 2008-10-28 | Washington Unniversity | Tightly agglomerated non-oxide particles and method for producing the same |
WO2004035496A2 (en) | 2002-07-19 | 2004-04-29 | Ppg Industries Ohio, Inc. | Article having nano-scaled structures and a process for making such article |
DE10312806A1 (de) | 2003-03-21 | 2004-09-30 | Patent-Treuhand-Gesellschaft für elektrische Glühlampen mbH | Lampe |
US7537803B2 (en) * | 2003-04-08 | 2009-05-26 | New Jersey Institute Of Technology | Polymer coating/encapsulation of nanoparticles using a supercritical antisolvent process |
US20050132843A1 (en) * | 2003-12-22 | 2005-06-23 | Xiangyang Jiang | Chrome composite materials |
US20060090593A1 (en) * | 2004-11-03 | 2006-05-04 | Junhai Liu | Cold spray formation of thin metal coatings |
-
2005
- 2005-09-23 DE DE102005047688A patent/DE102005047688C5/de not_active Expired - Fee Related
-
2006
- 2006-09-15 EP EP06793543.7A patent/EP1926841B1/de not_active Not-in-force
- 2006-09-15 WO PCT/EP2006/066392 patent/WO2007033936A1/de active Application Filing
- 2006-09-15 US US11/992,325 patent/US8080278B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6447848B1 (en) * | 1995-11-13 | 2002-09-10 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Nanosize particle coatings made by thermally spraying solution precursor feedstocks |
DE10224780A1 (de) * | 2002-06-04 | 2003-12-18 | Linde Ag | Verfahren und Vorrichtung zum Kaltgasspritzen |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102006047103A1 (de) * | 2006-09-28 | 2008-04-03 | Siemens Ag | Pulver für Kaltgasspritzverfahren |
US8158704B2 (en) | 2006-09-28 | 2012-04-17 | Siemens Aktiengesellschaft | Powder for cold spraying processes |
EP2298962A1 (de) * | 2009-07-17 | 2011-03-23 | MTU Aero Engines AG | Kaltgasspritzen von oxydhaltigen Schutzschichten |
US8697184B2 (en) | 2009-07-17 | 2014-04-15 | Mtu Aero Engines Gmbh | Gas dynamic cold spraying of oxide-containing protective layers |
DE102009052983A1 (de) | 2009-11-12 | 2011-05-19 | Mtu Aero Engines Gmbh | Beschichten von Kunststoffbauteilen mittels kinetischen Kaltgasspritzens |
WO2011057614A1 (de) | 2009-11-12 | 2011-05-19 | Mtu Aero Engines Gmbh | Beschichten von kunststoffbauteilen mittels kinetischen kaltgasspritzens |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP1926841B1 (de) | 2014-08-20 |
WO2007033936A1 (de) | 2007-03-29 |
EP1926841A1 (de) | 2008-06-04 |
US20110039024A1 (en) | 2011-02-17 |
US8080278B2 (en) | 2011-12-20 |
DE102005047688C5 (de) | 2008-09-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102005047688B3 (de) | Kaltgasspritzverfahren | |
DE102005031101B3 (de) | Verfahren zum Herstellen von keramischen Schichten | |
EP1481035A2 (de) | Hydrophile oberfl chen | |
EP2732072B1 (de) | Verfahren zum reparieren einer schadstelle in einem gussteil und verfahren zum erzeugen eines geeigneten reparaturmaterials | |
DE112004002500T5 (de) | Kaltspritzvorrichtung mit Pulvervorheizeinrichtung | |
WO2009010297A1 (de) | Duplex-aluminium-werkstoff auf basis von aluminium mit einer ersten phase und einer zweiten phase und verfahren zur herstellung des duplex-aluminium-werkstoffs | |
WO2013110441A1 (de) | Verfahren zum kaltgasspritzen | |
DE102008016969B3 (de) | Verfahren zum Erzeugen einer Schicht durch Kaltgasspritzen | |
DE102016223244A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum generativen Fertigen eines dreidimensionalen Objekts und dreidimensionales Objekt | |
DE2011910A1 (de) | Verfahren zum Aufbringen von Belägen auf Substrat-Partikeln sowie Formkörper mit überzügen | |
WO2019076677A1 (de) | Verfahren zur herstellung eines gleitlagers sowie ein mit dem verfahren hergestelltes gleitlager | |
DE69927699T2 (de) | In situ-flüssigkristallpolymerbeschichtung für vulkanisierte verbundwerkstoffstruktur | |
EP3430919B1 (de) | Filterelement für tabakartikel, wobei das filterelement eine kapsel mit einem flüssigen medium als kernmaterial aufweist | |
DE102016103174B4 (de) | Verfahren zur Herstellung einer Schichtstruktur an einem Oberflächenbereich eines Bauelements | |
EP1785508B1 (de) | Verfahren zur Herstellung einer photokatalytisch aktiven Schicht | |
DE102005062225B3 (de) | Legierungsprodukt vom MCrAIX-Typ und Verfahren zur Herstellung einer Schicht aus diesem Legierungsprodukt | |
DE102011120540B4 (de) | Herstellung eines Sinterpulvers und Sinterkörper | |
DE102006029572A1 (de) | Verfahren zum Erzeugen eines Bauteils mit einer nanostrukturierten Beschichtung sowie Verfahren zur Herstellung eines Granulats beziehungsweise einer Polymerfolie, geeignet für das Verfahren zum Beschichten | |
DE102016104130A1 (de) | Verfahren zum Beschichten einer Bauteiloberfläche sowie Verfahren zur Herstellung eines Beschichtungsmaterials | |
EP3848108A1 (de) | Filtermedium mit antiallergenen substanzen | |
DE102014208249A1 (de) | Verfahren zur Herstellung von Polymerfolien oder plattenförmigen Elementen aus Polymer | |
DE202010008435U1 (de) | Mit einer Beschichtung versehenes Substrat | |
EP2087143A2 (de) | Aufgedampfte beschichtung und thermisch belastbares bauteil mit einer solchen beschichtung, sowie verfahren und vorrichtung zur herstellung einer solchen beschichtung | |
EP1218111B1 (de) | Hochtemperaturbeständiger schichtverbund | |
DE202024101243U1 (de) | Fertigungsanlage zum Ausbilden eines Verarbeitungspulvers |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
8363 | Opposition against the patent | ||
8366 | Restricted maintained after opposition proceedings | ||
8392 | Publication of changed patent specification | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |