DE4032862A1 - Surface treatment of turbine blades prior to flame spray coating - with high speed water jet to increase coating adhesion - Google Patents

Abstract

Turbine blades subject to centrifugal force are surface pre-treated before coatings are applied by thermal spraying by a blasting process, in which the positioned component surface is constantly exposed to a motor droplet jet in a high-speed range, for controlled erosion at a pressure of 2500-3500 bar. Abrasives can be added to the water and nozzle shape, distance and relative speed between jet and surface are variable. ADVANTAGE - Increase in adhesion of coating.

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.The invention relates to a method for preparing a primer for spray coatings on metallic bodies applied to supplement their volume or special To achieve surface properties. The strain the spray layer takes place in particular by centrifugal forces, such as those on centrifugal turbine blades are effective.

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.Surface coatings are becoming increasingly important both in restoring the volume removed from Bodies as well as to secure special zonal limited Properties on surfaces and bodies. The orders are used to protect the carrier body from corrosion, Abrasion, erosion and wear. Spray layers can Improve running properties, tendency to seize between friction pairings reduce and insulate electrically and thermally. The orders are partly due to external forces as well due to thermal stresses to the limits of their low adhesive strength compared to build-up welding claimed. The adhesive strength is special Quality criterion for spray coatings, because of the size the adhesive strength usually directly to the use value the spray layer can be closed. The in practice achievable adhesive strength values depend on the surface preparation of the surfaces to be coated.

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. A special The characteristic of this is the surface roughness. Thread-like grooves are incorporated in their manufacture or a surface treatment with metallic or ceramic abrasives - see DE-OS 28 16 283 - performed that a desired, the surface layer adhesion improving surface topography.  

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.A disadvantage of this surface pretreatment method is the execution of the rough surface as a closed surface with good adhesive shear strengths, which are essential to secure the coating under shear loads between Base layer and spray layer contributes.

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.Complex, the layer separation between the base layer and Force effects caused by the spray layer are, however thus especially on centrifugal and drop impact loads rotating turbine blades are insufficient taken into account and compensated. Especially with ceramic Roughening is carried out by the abrasive occurring dusts also polluting the environment, harmful to health and carries the risk of mineral deposits in the Basic body in itself.

Die Erfindung hat zum Ziel, die Haftfähigkeit metallischer Bauteiloberflächen für thermische Spritzbeschichtungen so zu verbessern, daß eine hohe Haftzugfestigkeit zwischen Bauteil und Spritzbeschichtung entsteht.The aim of the invention is to make the adhesion more metallic Component surfaces for thermal spray coatings like this to improve that a high adhesive tensile strength between Component and spray coating are created.

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.The invention has for its object an environmentally friendly To develop a process for the preparation of the primer which Increase the traction forces a special intimate and high resilient connection of the spray coating with the component surface enables and nucleating mineral deposits excludes in the main body.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst, indem mittels eines Strahlgerätes die positionierte Bauteiloberfläche mit einem ständigen im Hochgeschwindigkeitsbereich austretenden Wassertropfenstrahl beaufschlagt wird.According to the invention the object is achieved by the positioned component surface of a blasting machine with a constant emerging in the high speed range Water drop jet is applied.

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. The working pressure is 2500-3500 bar and the others variable working parameters affect the nozzle shape for the Water drop size, the distance between the nozzle and the workpiece surface and the relative speed between Water drop jet and workpiece surface during the feed movement. To reinforce the erosive effect solid particles are added to the water as additives.  

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.The surface topography created with the erosive washouts has sharp - edged cracks, ditches, craters and Projections with a large surface and high clamping and melting properties. What has been preserved erosion-resistant natural supporting structure of the material then forms for the applied thermal spray coating again the scaffolding and thus causes the high adhesive tensile strength required for centrifugal force. The process also ensures the desired environmental friendliness and ensures that the machined surface is free of material forming cracks. With easily adjustable print options, you can also the basic body properties unproblematic during the Take machining into account.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.The invention is illustrated below using an exemplary embodiment explained in more detail.

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.The airfoil area selected for spray coating with a suitable positioning device Nozzle of a blasting machine aligned that with a Pressure of 2500-3500 bar impinging water drop jet this blade area continuously brushed linearly. According to the material to be machined adjustable parameters so that an optimal erosive washing of the soft materials out of the structure is achieved. In addition to the pressure of the water drop jet are the shape of the nozzle as additional parameters the water drop size, the distance between the nozzle and too workpiece surface, the relative speed between water drop jet and workpiece surface and the composition of the water is important.

Der Wassertropfenstrahl wird solange über die zu bearbeitende Fläche geführt, bis die gewünschte erosive Oberflächenrauhigkeit erreicht ist.The water drop jet is as long as the to be processed Surface led until the desired erosive surface roughness is reached.

Erst mit diesem Verfahren kann auf relativ einfache Art eine Erhöhung der Haftzugfestigkeit für die nachfolgend aufgebrachte thermische Spritzschicht erzielt werden.It is only with this method that a relatively simple method an increase in adhesive tensile strength for the following applied thermal spray layer can be achieved.

Claims (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.Process for the pretreatment of metallic surfaces for thermal spray coatings, in particular turbine blades subject to centrifugal force, by means of a blasting device, characterized in that the blasting device strikes the positioned component surface with a constant water drop jet as controlled erosion at a pressure of 2500-3500 bar, the water corresponding to the strength of the component material abrasive additives can be added and the nozzle shape, the nozzle spacing and the relative speed between the water drop jet and the component surface are variable.