DE10223865B4 - Process for the plasma coating of workpieces - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Plasmabeschichtung von Werkstücken (44), bei dem mit Hilfe einer Plasmadüse (10) durch elektrische Hochfrequenzentladung ein Strahl (42) eines atmosphärischen Plasmas erzeugt wird, mit dem die zu beschichtende Werkstückoberfläche (46) überstrichen wird, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Komponente des Beschichtungsmaterials als Feststoff in einer Elektrode (26) der Plasmadüse (10) enthalten ist und durch die Hochfrequenzentladung von der Elektrode abgesputtert wird.method for the plasma coating of workpieces (44), in which by means of a plasma nozzle (10) by electrical high frequency discharge a beam (42) of atmospheric Plasmas is generated, with the painted over the workpiece surface (46) is characterized in that at least one component of the coating material as a solid in an electrode (26) the plasma nozzle (10) and by the high frequency discharge from the electrode is sputtered.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Plasmabeschichtung von Werkstücken, bei dem mit Hilfe einer Plasmadüse durch elektrische Hochfrequenzentladung ein Strahl eines atmosphärischen Plasmas erzeugt wird, mit dem die zu beschichtende Werkstückoberfläche überstrichen wird.The The invention relates to a process for the plasma coating of workpieces, in with the help of a plasma nozzle by electric high-frequency discharge a beam of atmospheric Plasmas is generated, with the painted over the workpiece surface becomes.

Es sind Plasmabeschichtungsverfahren bekannt, die unter Vakuum ausgeführt werden müssen. Bei einigen bekannten Beschichtungsverfahren wird das Beschichtungsmaterial unter Ultrahochvakuum von einer Sputter-Elektrode abgesputtert. Auf diese Weise lassen sich zwar sehr fein dosierte, dünne und gleichmäßige Beschichtungen erzielen, doch erfordern diese Verfahren einen hohen apparativen Aufwand, und sie sind außerdem sehr zeitraubend, da das Werkstück in die Vakuumkammer eingebracht werden muß.It Plasma coating processes are known which are carried out under vacuum have to. at Some known coating methods become the coating material Sputtered off under ultra-high vacuum from a sputtering electrode. In this way, although very finely dosed, thin and uniform coatings However, these methods require a high level of apparatus Effort, and they are as well very time consuming because the workpiece must be introduced into the vacuum chamber.

Weiterhin offenbart die EP 0 851 040 A1 ein Verfahren, bei dem ein durch Hitze erzeugtes Plasma mit einem von einer Elektrode durch Erzeugen einer Entladung abgesputtertem Beschichtungsmaterial versehen wird, bevor das Plasma durch eine Überschalldüse auf ein Objekt gerichtet wird.Furthermore, the disclosure EP 0 851 040 A1 a method in which a plasma generated by heat is provided with a coating material sputtered from an electrode by generating a discharge before the plasma is directed onto an object through a supersonic nozzle.

Andererseits sind Plasmaspritzverfahren bekannt, bei denen das Beschichtungsmaterial, beispielsweise ein Metallpulver, mit Hilfe eines Plasmabrenners durch Gleichspannungsentladung unter hohem Energieeinsatz thermisch aufgeschmolzen und auf die Werkstückoberfläche gespritzt wird. Nachteilig an diesem Verfahren ist der hohe Energieverbrauch sowie die Tatsache, daß die Beschichtung oft nur schlecht auf dem Untergrund haftet und die Schichtdicke sich nur schwer dosieren läßt. Insbesondere lassen sich mit dem relativ grobkörnigen Pulver keine sehr dünnen Schichten herstellen.on the other hand are plasma spraying processes are known in which the coating material, For example, a metal powder, using a plasma torch by DC discharge under high energy use thermally is melted and injected onto the workpiece surface. adversely in this process is the high energy consumption as well as the fact that the Coating often only badly adheres to the substrate and the layer thickness difficult to dose. Especially can not be very thin layers with the relatively coarse-grained powder produce.

Darüber hinaus offenbart die EP 0 761 415 B1 ein Verfahren zur Oberflächen-Vorbehandlung von Werkstücken mittels elektrischer Entladung, wobei durch Plasmaentladung unter Zufuhr eines Arbeitsgases, das auch geeignete Zusätze aufweisen kann, ein gebündelter Strahl eines reaktiven Mediums erzeugt wird und die zu behandelnde Oberfläche des Werkstücks mit diesem Strahl überstrichen wird.In addition, the reveals EP 0 761 415 B1 a method for surface pretreatment of workpieces by means of electrical discharge, wherein plasma discharge by supplying a working gas, which may also have suitable additives, a focused beam of a reactive medium is generated and the surface to be treated of the workpiece is swept with this beam.

Aus EP-0 761 415 B1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bekannt, die in erster Linie zum vorbehandeln, speziell zum hydrophilisieren von Kunststoffoberflächen dienen, jedoch auch zur Plasmabeschichtung eingesetzt werden können. Die Plasmadüse weist ein elektrisch leitendes Düsenrohr auf, das von einem Arbeitsgas durchströmt wird. Diesem Arbeitsgas wird im Fall der Plasmabeschichtung das Beschichtungsmaterial im gasförmigen Zustand zugesetzt. Mit Hilfe einer Drall-Einrichtung wird das Arbeitsgas verdrallt, so daß es wirbelförmig durch das Düsenrohr strömt und dieses an einer verengten Auslaßöffnung verläßt. In Abstand zu der Auslaßöffnung ist in dem Düsenrohr koaxial und elektrisch isoliert eine Elektrode angeordnet, an die mit Hilfe eines Hochfrequenzgenerators eine Wechselspannung mit einer Frequenz in der Größenordnung von 1 kHz oder mehr angelegt wird. Dadurch kommt es zu einer Bogenentladung zwischen der Elektrode und dem geerdeten Düsenrohr. Die drallförmige Strömung des Arbeitsgases bewirkt jedoch, daß der Lichtbogen im Wirbelkern und damit im wesentlichen auf der Achse des Düsenrohres kanalisiert wird und erst im Bereich der Auslaßöffnung auf die Wand des Düsenrohres überschlägt. Durch innige Berührung des Arbeitsgases mit dem Lichtbogen entsteht ein Sekundärplasma, das als ein verhältnismäßig kühler Strahl eines atmosphärischen Plasmas aus der Auslaßöffnung austritt.Out EP 0 761 415 B1 discloses a method and an apparatus of the beginning known type, primarily for pretreatment, especially for hydrophilizing plastic surfaces, but also for Plasma coating can be used. The plasma nozzle points an electrically conductive nozzle tube on, which is traversed by a working gas. This working gas In the case of the plasma coating, the coating material is in gaseous Condition added. With the help of a twist device, the working gas twisted so that it eddying through the nozzle tube flows and this leaves at a narrowed outlet opening. In distance to the outlet opening in the nozzle tube coaxially and electrically insulated an electrode disposed on the with the help of a high frequency generator with an AC voltage a frequency of the order of magnitude of 1 kHz or more is applied. This leads to an arc discharge between the electrode and the grounded nozzle tube. The swirling flow of the Working gas, however, causes the Arc in the vortex core and thus essentially on the axis of the nozzle tube is channeled and only in the area of the outlet opening on the wall of the nozzle tube turns over. By intimate touch of the working gas with the arc creates a secondary plasma, that as a relatively cool jet an atmospheric plasma exits the outlet opening.

Dieses bekannte Verfahren hat den Vorteil, daß es aufgrund der geringen Abmessungen und der guten Handhabbarkeit der Plasmadüse äußerst flexibel bei verschiedenartigen Werkstücken eingesetzt werden kann und sich auch für Werkstücke mit einem starken Oberflächenrelief sowie für Werkstücke mit großen Abmessungen eignet. Aufgrund des vergleichsweise geringen Energieverbrauchs und einer geringen Ozonbildung ist das Verfahren außerdem sehr umweltfreundlich. Beim Einsatz als Beschichtungsverfahren besteht jedoch die Schwierigkeit, das Beschichtungsmaterial so aufzubereiten, daß es dem Arbeitsgas zugesetzt werden kann. Es kommt daher nur eine sehr begrenzte Auswahl von Beschichtungsmaterialien in Betracht, so daß auch die Anwendungsmöglichkeiten des Verfahrens entsprechend beschränkt sind.This known method has the advantage that it due to the low Dimensions and the ease of handling of the plasma nozzle extremely flexible in various workpieces can be used and also for workpieces with a strong surface relief also for workpieces with big Dimensions are suitable. Due to the comparatively low energy consumption and low ozone formation, the process is also very environmentally friendly. When used as a coating process but the difficulty of preparing the coating material that it can be added to the working gas. It therefore comes only a very limited choice of coating materials, so that the applications of the method are limited accordingly.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Anwendungsbereich dieses bekannten Verfahrens als Beschichtungsverfahren zu erweitern.task The invention is the scope of this known method expand as a coating process.

Diese Aufgabe wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, daß zumindest eine Komponente des Beschichtungsmaterials als Feststoff in der Elektrode in der Plasmadüse enthalten ist und durch die Hochfrequenzentladung von der Elektrode abgesputtert wird.These Task is solved in the inventive method in that at least one Component of the coating material as a solid in the electrode in the plasma nozzle is included and by the high-frequency discharge from the electrode is sputtered.

Bei diesem Verfahren ist es somit nicht notwendig, das Beschichtungsmaterial in die Dampfphase zu überführen oder zu einem Aerosol zu zerstäuben, um es vorab in das Arbeitsgas eindosieren zu können. So lassen sich insbesondere auch Beschichtungen aus Metallen oder Metallverbindungen auf sehr einfache Weise herstellen. Als besonderer Vorteil erweist es sich dabei, daß das durch den Lichtbogen von der Elektrode abgesputterte Material vorwiegend in der Form von sehr reaktionsfreudigen Ionen oder Radikalen vorliegt, die während des Beschichtungsvorgangs mit Luftsauerstoff oder anderen Komponenten des Arbeitsgases reagieren können. Die hohe Reaktionsfreudigkeit des als Plasma vorliegenden Materials trägt auch zu einer sehr guten Haftung der Beschichtung auf der Werkstückoberfläche bei, so daß sich in vielen Fällen eine vorbereitende Behandlung des Werkstücks durch Sandstrahlen, Auftragen einer Haftvermittlungsschicht und dergleichen erübrigt.In this method, it is thus not necessary to convert the coating material in the vapor phase or to atomize to an aerosol in order to be able to meter it into the working gas in advance. In particular, it is also possible to produce coatings of metals or metal compounds in a very simple manner. It proves to be a particular advantage that the sputtered by the arc of the electrode material is present predominantly in the form of highly reactive ions or radicals, which during Be coating process can react with atmospheric oxygen or other components of the working gas. The high reactivity of the present as plasma material also contributes to a very good adhesion of the coating on the workpiece surface, so that in many cases a preparatory treatment of the workpiece by sandblasting, applying a primer layer and the like is unnecessary.

Die feine und gleichmäßige Verteilung des Beschichtungsmaterials im Plasma ermöglicht zudem die Erzeugung sehr dünner Schichten, deren Dicke sich durch geeignete Wahl der Behandlungsdauer nach Bedarf dosieren läßt. Da der Plasmastrahl eine relativ niedrige Temperatur hat, kommt es auch bei längerer Behandlungsdauer und empfindlichen Werkstücken nicht zu einer thermischen Schädigung des Werkstücks. Die Abscheiderate des Beschichtungsmaterials läßt sich zudem durch Wahl der Elektrodenzusammensetzung und durch Regelung der Frequenz und der Spannung der Entladung beeinflussen. Der Durchsatz und die Zusammensetzung des Arbeitsgases sowie der Abstand zwischen der Elektrode und der Düsenöffnung sind weitere Parameter, die eine Feinabstimmung des Prozesses sowie eine Steuerung der chemischen Zusammensetzung der Beschichtung ermöglichen. Eine zusätzliche Begasung mit einem Schutzgas oder mit geeigneten Reagenzien ist möglich. Über den Gasdurchsatz und den Elektrodenabstand läßt sich auch die Geometrie des Plasmastrahls beeinflussen und an die Werkstückgeometrie anpassen.The fine and even distribution the coating material in the plasma also allows the production very thin Layers whose thickness is determined by appropriate choice of treatment time can be dosed as needed. Since the Plasma jet has a relatively low temperature, it also comes along longer Treatment time and delicate workpieces not to a thermal Damage to the Workpiece. The deposition rate of the coating material can also be determined by choosing the Electrode composition and by regulating the frequency and the Affect voltage of the discharge. The throughput and the composition of the Working gas and the distance between the electrode and the nozzle opening are other parameters that allow for fine-tuning of the process as well Allow control of the chemical composition of the coating. An additional Fumigation with a protective gas or with suitable reagents possible. On the Gas flow rate and the electrode spacing can also be the geometry influence the plasma jet and adapt to the workpiece geometry.

Das Verfahren eignet sich insbesondere dazu, auf den Oberflächen von Formwerkzeugen eine metallhaltige Beschichtung anzubringen, die das Entformen der Formerzeugnisse erleichtert. Andererseits kann das Verfahren bei geeigneter Wahl des Beschichtungs- bzw. Elektrodenmaterials auch zum Aufbringen von Haftvermittlungsschichten, kratzfesten oder schmutzabweisenden Schutzschichten und dergleichen auf Kunststoffe oder andere Materialien benutzt werden. Weitere Anwendungen sind das Aufbringen von Barriereschichten auf Kunststoffen oder Elastomeren.The Method is particularly suitable for use on the surfaces of Forming tools to attach a metal-containing coating, the facilitates the demolding of the molded products. On the other hand can the method with a suitable choice of the coating or electrode material also for the application of primer layers, scratch-resistant or dirt-repellent protective layers and the like on plastics or other materials are used. Other applications are the application of barrier layers on plastics or elastomers.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further advantageous embodiments of the invention will become apparent from the Dependent claims.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird eine auswechselbare, das Beschichtungsmaterial enthaltende Abbrandelektrode in einen Elektrodengrundkörper der Plasmadüse eingesetzt. Verbrauchte Abbrandelektroden können dann einfach und schnell ersetzt werden, und durch Auswechseln der Abbrandelektrode läßt sich die Plasmadüse ebenso einfach und schnell auf andere Anwendungsfälle umrüsten. In diesem Fall kann auch die Abbrandgeschwindigkeit und damit die Abscheiderate des Beschichtungsmaterials beeinflußt werden, indem die Geometrie der Abbrandelektrode variiert wird. Generell wird eine Abbrandelektrode in der Form eines dünnen Stiftes oder Drahtes schneller abbrennen als eine eher stumpfe Elektrode.at a preferred embodiment of the process becomes a replaceable, the coating material containing Abbrandektrode in an electrode body of the plasma nozzle used. Spent burn-off electrodes can then be easily and quickly be replaced, and by replacing the Abbrandektrode can be the plasma nozzle as well easy and fast to convert to other applications. In this case too the burning rate and thus the deposition rate of the coating material affected be varied by varying the geometry of the Abbrandektrode. Generally, a burn-off electrode is in the form of a thin pin or burn wire faster than a rather blunt electrode.

Es ist auch eine Beschichtung mit nichtleitenden Materialien, beispielsweise mit Polymeren wie PTFE möglich, indem das nichtleitende Beschichtungsmaterial in eine elektrisch leitende Matrix der Abbrandelektrode eingebettet wird oder indem eine vorwiegend aus Kunststoff bestehende Abbrandelektrode durch Beimischung von Carbonfasern oder -partikeln leitfähig gemacht wird.It is also a coating with non-conductive materials, for example possible with polymers such as PTFE, by the non-conductive coating material in an electric conductive matrix of the Abbrandektrode is embedded or by a predominantly made of plastic Abbrandektrode Admixture of carbon fibers or particles rendered conductive becomes.

In einer speziellen Ausführungsform des Verfahrens, insbesondere zum Beschichten von Formwerkzeugen, besteht die Abbrandelektrode oder die Elektrode als Ganzes aus Aluminium, und als Arbeitsgas wird Luft eingesetzt. Durch Reaktion des Aluminiums mit dem Luftsauerstoff entsteht Al₂O₃, das in äußerst dünnen Schichten auf der Werkstückoberfläche abgeschieden werden kann. Analog sind durch geeignete Wahl der Elektrode auch Beschichtungen mit anderen Metallen oder Metalllegierungen möglich, beispielsweise Beschichtungen mit Ni/Al in unterschiedlichen Mengenverhältnissen. Sofern eine Reaktion des Beschichtungsmaterials mit dem Luftsauerstoff unerwünscht ist, kann beispielsweise reiner Stickstoff oder ein anderes Inertgas als Arbeitsgas verwendet werden.In a specific embodiment of the method, in particular for coating molds, the abradable electrode or the electrode as a whole is made of aluminum, and air is used as the working gas. Reaction of the aluminum with the atmospheric oxygen produces Al ₂ O ₃ , which can be deposited in extremely thin layers on the workpiece surface. Analogously, coatings with other metals or metal alloys are possible by suitable choice of the electrode, for example, coatings with Ni / Al in different proportions. If a reaction of the coating material with the atmospheric oxygen is undesirable, for example pure nitrogen or another inert gas can be used as the working gas.

Während beim Beschichten von Formwerkzeugen generell eine möglichst geringe Haftung des Formwerkstoffs an der Werkzeugoberfläche angestrebt wird, kann das Verfahren andererseits auch zu einer Behandlung/Beschichtung von Werkstücken eingesetzt werden, durch die die Haftungseigenschaften der Oberfläche verbessert werden. In diesem Fall eignet sich besonders die Verwendung von Titan-Elektroden. Durch die Abscheidung von Spuren von Titan auf der Werkstückoberfläche kommt es dann in Verbindung mit der durch das Plasma bewirkten Hydrophilisierung zu einer Oberflächenstruktur, die die Haftung von Klebstoffen, Lacken und dergleichen verbessert (autokatalytische Reaktionen).While at Coating of molds generally the lowest possible adhesion of the molding material on the tool surface On the other hand, the method can also be used as a treatment / coating used by workpieces which improves the adhesion properties of the surface become. In this case, the use of titanium electrodes is particularly suitable. By the deposition of traces of titanium on the workpiece surface comes it then in connection with the induced by the plasma hydrophilization to a surface structure, the improves the adhesion of adhesives, paints and the like (autocatalytic Reactions).

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.in the The following will be an embodiment of Invention with reference to the drawing explained.

Die einzige Zeichnungsfigur zeigt einen schematischen Schnitt durch eine Plasmadüse und ein zu beschichtendes Werkstück.The single drawing figure shows a schematic section through a plasma nozzle and a workpiece to be coated.

Die Plasmadüse 10 weist ein Düsenrohr 12 aus Metall auf, das sich konisch zu einer Auslaßöffnung 14 verjüngt. Am der Auslaßöffnung 14 entgegengesetzten Ende weist das Düsenrohr 12 eine Dralleinrichtung 16 mit einen Einlaß 18 für ein Arbeitsgas auf, beispielsweise für Druckluft. Eine Zwischenwand 20 der Dralleinrichtung 16 weist einen Kranz von schräg in Umfangsrichtung angestellten Bohrungen 22 auf durch die das Arbeitsgas verdrallt wird. Der stromabwärtige, konisch verjüngte Teil des Düsenrohres wird deshalb von dem Arbeitsgas in der Form eines Wirbels 24 durchströmt, dessen Kern auf der Längsachse des Düsenrohres verläuft.The plasma nozzle 10 has a nozzle tube 12 made of metal, which tapers to an outlet opening 14 rejuvenated. At the outlet 14 opposite end has the nozzle tube 12 a twisting device 16 with an inlet 18 for a working gas, for example for compressed air. A Zwi rule wall 20 the swirl device 16 has a ring of inclined in the circumferential direction employed holes 22 through which the working gas is twisted. The downstream, conically tapered portion of the nozzle tube is therefore of the working gas in the form of a vortex 24 flows through, the core of which runs on the longitudinal axis of the nozzle tube.

An der Unterseite der Zwischenwand 20 ist mittig eine Elektrode 26 angeordnet, die koaxial in den verjüngten Abschnitt des Düsenrohres hineinragt. Die Elektrode 26 weist einen Elektrodengrundkörper 28 auf, beispielsweise aus Kupfer, der elektrisch gegenüber mit der Zwischenwand 20 und den übrigen Teilen des Dralleinrichtung 16 verbunden ist. Die Dralleinrichtung 16 ist durch ein Keramikrohr 30 elektrisch gegen das Düsenrohr 12 isoliert. Über die Dralleinrichtung 16 wird an die Elektrode 26 eine hochfrequente Wechselspannung angelegt, die von einem Hochfrequenztransformator 32 erzeugt wird. Die Primärspannung ist variabel regelbar und beträgt beispielsweise 300 bis 500 V. Die Sekundärspannung kann 1 bis 5 kV oder mehr betragen. Die Frequenz liegt beispielsweise in der Größenordnung von 1 bis 50 kHz und ist vorzugsweise ebenfalls regelbar. Die Dralleinrichtung 16 ist mit dem Hochfrequenztransformator 32 über ein flexibles Hochspannungskabel 34 verbunden. Der Einlaß 16 ist über einen nicht gezeigten Schlauch mit einer Druckluftquelle mit variablem Durchsatz verbunden, die vorzugsweise mit dem Hochfrequenzgenerator 32 zu einer Versorgungseinheit kombiniert ist. Die Plasmadüse 10 läßt sich so mühelos mit der Hand oder mit Hilfe eines Roboterarms bewegen.At the bottom of the partition 20 is an electrode in the middle 26 arranged coaxially protrudes into the tapered portion of the nozzle tube. The electrode 26 has an electrode main body 28 on, for example, copper, the electrically opposite to the partition 20 and the remaining parts of the twisting device 16 connected is. The swirl device 16 is through a ceramic tube 30 electrically against the nozzle tube 12 isolated. About the twisting device 16 gets to the electrode 26 a high frequency alternating voltage applied by a high frequency transformer 32 is produced. The primary voltage is variably adjustable and is for example 300 to 500 V. The secondary voltage can be 1 to 5 kV or more. The frequency is for example in the order of 1 to 50 kHz and is preferably also adjustable. The swirl device 16 is with the high frequency transformer 32 via a flexible high voltage cable 34 connected. The inlet 16 is connected via a hose, not shown, with a compressed air source with variable throughput, preferably with the high frequency generator 32 is combined to a supply unit. The plasma nozzle 10 can be easily moved by hand or with the help of a robot arm.

Das Düsenrohr 12 ist geerdet. In den Elektrodengrundkörper 28 ist eine Ab brandelektrode 36 eingesetzt, die beispielsweise in einem leichten Preßsitz in einer entsprechenden Ausnehmung des Elektrodengrundkörpers 28 gehalten ist.The nozzle tube 12 is grounded. In the electrode body 28 is a fire electrode 36 used, for example, in a slight interference fit in a corresponding recess of the electrode body 28 is held.

Durch die angelegte Spannung wird eine Hochfrequenzentladung in der Form eines Lichtbogens 40 zwischen der Elektrode 26 und dem Düsenrohr 12 erzeugt. Aufgrund der drallförmigen Strömung des Arbeitsgases wird dieser Lichtbogen jedoch im Wirbelkern auf der Achse des Düsenrohres 12 kanalisiert, so daß er sich erst im Bereich der Auslaßöffnung 14 zur Wand des Düsenrohres 12 verzweigt. Das Arbeitsgas, das im Bereich des Wirbelkerns und damit in unmittelbarer Nähe des Lichtbogens 40 mit hoher Strömungsgeschwindigkeit rotiert, kommt mit dem Lichtbogen in innige Berührung und wird dadurch zum Teil in den Plasmazustand überführt, so daß ein Strahl 42 eines verhältnismäßig kühlen atmosphärischen Plasmas, etwa in der Gestalt einer Kerzenflamme, aus der Auslaßöffnung 14 der Plasmadüse 10 austritt. Mit Hilfe dieses Plasmastrahls 42 wird die Oberfläche eines Werkstücks 44, beispielsweise eines Formwerkzeugs überstrichen, um so auf der Innenfläche 46 des Formhohlraums durch Plasmabeschichtung eine dünne haftungsmindernde Schicht aufzubringen. Bei dem aufgetragenen Beschichtungsmaterial handelt es sich um Material, das durch den Lichtbogen 40 von der Abbrandelektrode 36 abgesputtert wird und ggf. mit Komponenten des Arbeitsgases reagiert.The applied voltage becomes a high-frequency discharge in the form of an arc 40 between the electrode 26 and the nozzle tube 12 generated. Due to the swirling flow of the working gas, however, this arc is in the vortex core on the axis of the nozzle tube 12 channeled so that it is only in the region of the outlet 14 to the wall of the nozzle tube 12 branched. The working gas that is in the area of the vortex core and thus in the immediate vicinity of the arc 40 rotated at high flow velocity, comes into intimate contact with the arc and is thereby partially transferred to the plasma state, so that a beam 42 a relatively cool atmospheric plasma, such as in the shape of a candle flame, from the outlet opening 14 the plasma nozzle 10 exit. With the help of this plasma jet 42 becomes the surface of a workpiece 44 , For example, a mold overlined so as to the inner surface 46 of the mold cavity by plasma coating to apply a thin adhesion-reducing layer. The applied coating material is material that has passed through the arc 40 from the burn-off electrode 36 sputtered and possibly reacted with components of the working gas.

Das Material der Abbrandelektrode 36 richtet sich somit nach der gewünschten Beschichtung auf dem Werkstück 44. Als Beispiel kann angenommen werden, daß die Abbrandelektrode 36 aus Aluminium besteht, das nach dem absputtern mit dem Luftsauerstoff im Arbeitsgas reagiert, so daß eine dünne Schicht Al₂O₃ auf der Werkstückoberfläche abgeschieden wird.The material of the erosion electrode 36 thus depends on the desired coating on the workpiece 44 , As an example, it can be assumed that the burn-off electrode 36 consists of aluminum, which reacts after sputtering with the atmospheric oxygen in the working gas, so that a thin layer of Al ₂ O ₃ is deposited on the workpiece surface.

Im gezeigten Beispiel ist die Abbrandelektrode 36 an ihrem unteren, aus dem Elektrodengrundkörper 28 heraus ragenden Ende zu einem dünnen Stift verjüngt, so daß der Abbrand beschleunigt wird. Wenn die Abbrandelektrode 36 verbraucht ist, kann sie einfach aus dem Elektrodengrundkörper 28 herausgezogen und durch eine neue Abbrandelektrode ersetzt werden. Zu diesem Zweck ist das Düsenrohr 12 hier zweiteilig ausgebildet, so daß sich sein unterer, die Elektrode 26 aufnehmender Teil 48 abschrauben läßt.In the example shown is the Abbrandektrode 36 at its lower, from the electrode body 28 protruding end tapers to a thin pin, so that the burn is accelerated. If the burn-off electrode 36 is consumed, it can easily from the electrode body 28 pulled out and replaced by a new Abbrandektrode. For this purpose, the nozzle tube 12 here formed in two parts, so that its lower, the electrode 26 receiving part 48 unscrew.

Da der Plasmastrahl 42 gut in die Vertiefungen 50 des Werkstücks 44 eindringen kann und sich zudem die Plasmadüse 10 insgesamt nach Bedarf schwenken läßt, kann eine durchgehende und gleichmäßige Beschichtung des Werkstücks 44 erreicht werden.Because the plasma jet 42 good in the wells 50 of the workpiece 44 can penetrate and also the plasma nozzle 10 can swing as needed, a continuous and uniform coating of the workpiece 44 be achieved.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann die Abbrandelektrode 36 verschiebbar im Elektrodengrundkörper 28 gehalten und bei fortschreitendem Abbrand mit Hilfe einer Stelleinrichtung automatisch weiter aus dem Elektrodengrundkörper ausfahrbar sein. Außerdem ist es möglich, die Temperatur der Abbrandelektrode durch Beheizung des Elektrodengrundkörpers oder durch Bestrahlung mit einem Laserstrahl oder dergleichen zu steuern und so die Sputtermenge zu beeinflussen.According to one embodiment of the invention, the Abbrandektrode 36 displaceable in the electrode body 28 held and with progressive burning by means of an adjusting device automatically be extended from the electrode body. In addition, it is possible to control the temperature of the consumable electrode by heating the electrode main body or by irradiation with a laser beam or the like, and thus to influence the sputtering amount.

Claims (6)

Verfahren zur Plasmabeschichtung von Werkstücken (44), bei dem mit Hilfe einer Plasmadüse (10) durch elektrische Hochfrequenzentladung ein Strahl (42) eines atmosphärischen Plasmas erzeugt wird, mit dem die zu beschichtende Werkstückoberfläche (46) überstrichen wird, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Komponente des Beschichtungsmaterials als Feststoff in einer Elektrode (26) der Plasmadüse (10) enthalten ist und durch die Hochfrequenzentladung von der Elektrode abgesputtert wird.Process for the plasma coating of workpieces ( 44 ), in which by means of a plasma nozzle ( 10 ) by electric high frequency discharge a beam ( 42 ) of an atmospheric plasma, with which the workpiece surface to be coated ( 46 ) is swept over, characterized in that at least one component of the coating material as a solid in an electrode ( 26 ) of the plasma nozzle ( 10 ) and sputtered from the electrode by the high frequency discharge. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochfrequenzentladung eine Spannung von mindestens 300 V und eine Frequenz von 1 kHz oder mehr hat.Method according to claim 1, characterized in that that the High frequency discharge a voltage of at least 300 V and a Frequency of 1 kHz or more. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück (44) ein Formwerkzeug ist, auf dessen Oberfläche (46), die den Formhohlraum begrenzt, durch den Plasmastrahl (42) eine metallhaltige Schicht abgeschieden wird.Method according to claim 1 or 2, characterized in that the workpiece ( 44 ) is a molding tool, on the surface ( 46 ), which delimits the mold cavity, by the plasma jet ( 42 ) a metal-containing layer is deposited. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einen Elektrodengrundkörper (28) der Elektrode (26) eine Abbrandelektrode (36) eingesetzt wird, die das Beschichtungsmaterial und ggf. die Leitfähigkeit fördernde Zusätze enthält.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in an electrode base body ( 28 ) of the electrode ( 26 ) a burn-off electrode ( 36 ) is used, which contains the coating material and optionally the conductivity-promoting additives. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Plasmadüse (10) ein Arbeitsgas hindurchgeleitet wird, das chemische Komponenten enthält, die mit dem von der Elektrode (26) abgesputterten Material reagieren.Method according to one of the preceding claims, characterized in that through the plasma nozzle ( 10 ) a working gas is passed through, which contains chemical components that with the of the electrode ( 26 ) react with sputtered material. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Arbeitsgas in der Plasmadüse (10) verdrallt wird, um die Hochfrequenzentladung in der Form eines Lichtbogens (40) im Wirbelkern der drallförmigen Arbeitsgas-Strömung zu kanalisieren.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a working gas in the plasma nozzle ( 10 ) is twisted to the high-frequency discharge in the form of an arc ( 40 ) in the vortex core of the swirling working gas flow to channel.