EP2499279A1 - Beschichten von kunststoffbauteilen mittels kinetischen kaltgasspritzens - Google Patents

Beschichten von kunststoffbauteilen mittels kinetischen kaltgasspritzens

Info

Publication number
EP2499279A1
EP2499279A1 EP10798486A EP10798486A EP2499279A1 EP 2499279 A1 EP2499279 A1 EP 2499279A1 EP 10798486 A EP10798486 A EP 10798486A EP 10798486 A EP10798486 A EP 10798486A EP 2499279 A1 EP2499279 A1 EP 2499279A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
layer
cold gas
base layer
plastic
gas spraying
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.)
Withdrawn
Application number
EP10798486A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Manuel Hertter
Andreas Jakimov
Mihaela-Sorina Seitz
Marcin Olbrich Olbrich
Jürgen Kraus
Bertram Kopperger
Klaus Broichhausen
Hans Banhirl
Erwin Bayer
Wolfgang Werner
Eberhard Knodel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MTU Aero Engines AG
Original Assignee
MTU Aero Engines GmbH
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MTU Aero Engines GmbH filed Critical MTU Aero Engines GmbH
Publication of EP2499279A1 publication Critical patent/EP2499279A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • 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
    • 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
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/32—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer
    • C23C28/321—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer with at least one metal alloy layer
    • 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
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/32—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer
    • C23C28/322—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer only coatings of metal elements only
    • 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
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/32—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer
    • C23C28/324—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer with at least one metal matrix material layer comprising a mixture of at least two metals or metal phases or a metal-matrix material with hard embedded particles, e.g. WC-Me
    • 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
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/34—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates
    • C23C28/347—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates with layers adapted for cutting tools or wear applications
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/24—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
    • Y10T428/24355—Continuous and nonuniform or irregular surface on layer or component [e.g., roofing, etc.]

Definitions

  • the present invention relates to a method for coating a plastic surface, wherein at least one partial layer of the coating is applied by means of kinetic cold gas spraying, and a correspondingly coated plastic component.
  • the kinetic cold gas spraying has been used for some time in various areas for the deposition of layers on components.
  • solid particles are accelerated at high speed onto the component to be coated or its surface, where the particles adhere to form a layer.
  • the kinetic cold gas spraying is characterized by the fact that the process temperatures are chosen so that the particles of the coating material neither melt nor melt.
  • thermal spraying processes such as, for example, arc spraying or flame spraying, in which the powder to be sprayed is melted by an arc or by the burnt fuel gas, non-molten solid particles encounter the surface to be coated during the kinetic cold gas spraying.
  • the formation of the layer and the adhesion of the layer on the base material are in this case effected by a corresponding plastic deformation of the coating particles and in the region of the interface between the layer to be produced and the base material and the base material.
  • the materials flow into one another, which leads to a positive connection.
  • corresponding heat energy can also be generated, which can lead to welding of the particles.
  • microencapsulated agglomerates of nanoparticles for forming a coating for protection against UV radiation by kinetic cold gas spraying can be applied to a plastic body in the manufacture of a lamp cap for motor vehicle headlights, but this is not true for wear-resistant layers, which are formed of high-strength materials, in particular hard-material particles, which are to be deposited, for example, on fiber-reinforced plastics, since damage to the fiber-reinforced plastic can occur here during the cold gas spraying of the layer.
  • a method for coating a plastic surface in which a layer of a high-strength, hard wear-resistant material can be applied by means of kinetic cold gas spraying.
  • the object of the present invention is to provide a corresponding component.
  • the base layer in this case produces both a good adhesion to the plastic base material and also allows a corresponding deposition of a subsequent layer by kinetic cold gas spraying. Accordingly, the composition of the base layer is chosen so that upon impact of the particles in the kinetic cold gas spraying a corresponding flow into each other and / or welding of the materials is possible with each other. In addition, the base layer ensures that the underlying plastic surface does not damage the plastic surface due to the mechanical stress caused by the kinetic cold gas injection.
  • plastics which are sensitive to impact or impact, as they occur due to incident particles during kinetic cold gas spraying.
  • the plastic surface can be formed by a fiber-reinforced plastic
  • the functional layer can be a high-strength, wear-resistant layer, which can in particular include corresponding hard material particles with high hardness and strength, such as diamond-like materials, nitrides, carbides or oxides.
  • the base layer may in particular be a metallic layer of a substantially pure metal or metal mixture or a metal alloy, which provides the corresponding ductility.
  • the base layer can be applied to the plastic by a wide variety of coating methods, such as, for example, by means of electrodeposition, physical vapor phase deposition, sputtering or chemical vapor deposition. In particular, methods can be selected which require similar to the kinetic cold gas spraying and only a low temperature load of the substrate.
  • the base layer can be applied in a thickness that reliably avoids damage to the plastic surface in the subsequent deposition of the cold gas-sprayed functional layer.
  • Figure 1 is a schematic diagram of an arrangement for carrying out the inventive
  • Figure 2 is a sectional view of a plastic component which has been manufactured with the arrangement in Figure 1.
  • the arrangement comprises a plastic component 1, which has a base layer 2, on which a functional layer 3 is applied by means of kinetic cold gas spraying.
  • a cold gas spraying device 4 with a nozzle arrangement for example a Laval nozzle 5, is provided, in which process gas is supplied at high pressure via a process gas feed 6, so that powder particles which are conveyed via the powder particles.
  • Kelzuschreibung 7 are supplied, leave the nozzle 5 at high speed and hit the surface of the base layer 2 of the plastic component 1.
  • the velocity of the particles 9 in the spray jet 8 can in this case go into and over the range of the speed of sound.
  • Characteristic of the kinetic cold gas spraying is that the powder particles 9 are not melted or melted and thus the process temperature can be selected below the melting temperature of the sprayed material.
  • FIG. 2 shows a finished component 1 with the coating with the partial layers 2, 3, wherein the partial layer 2 represents the base layer 2 and the partial layer 3 represents the actual functional layer.
  • the base layer 2 is a partial layer which has been deposited on the plastic component 1 in order to allow a subsequent coating by means of kinetic cold gas spraying.
  • the base layer 2 is a metallic base layer which is formed from a single metal or a metal alloy.
  • the base layer 2 can be applied by a wide variety of coating methods. The coating method and / or the material of the base layer 2 are chosen so that when the base layer 2 is applied to the surface of the plastic component 1 no damage occurs to the plastic surface or the plastic base material.
  • the plastic component may be formed by a fiber-reinforced plastic, which is sensitive to the impact stress by impact of particles in the kinetic Kaltgasspriten.
  • a metallic base layer can be deposited in a sufficient thickness, which takes over the protection of the plastic surface in a subsequent coating process with kinetic cold gas spraying as a ductile intermediate layer on the one hand and on the other by a corresponding deformation and merging of the materials a secure adhesion of the cold gas-sprayed functional layer 3 allows.
  • the functional layer can be formed as a wear protection layer or erosion protection layer or the like, in which hard particles impinge on the surface of the base layer 2 of the plastic component 1 at high speed.
  • a high-strength or hard functional layer 3 in particular with embedded Hartstofrpumblen, such as diamond or diamond-like materials, cubic crystalline boron nitride, silicon carbide, alumina, boron carbide, tungsten carbide, titanium carbide, titanium nitride or zirconium dioxide or generally with corresponding carbides, nitrides and Oxyden be deposited by means of kinetic cold gas spraying, whereby the kinetic cold gas spraying a low thermal load of the plastic component is made possible and a targeted coating with a focused spray jet and a low overspray, ie correspondingly lower Abdeckaufwand diirchgebertt can.
  • embedded Hartstofrp such as diamond or diamond-like materials, cubic crystalline boron nitride, silicon carbide, alumina, boron carbide, tungsten carbide, titanium carbide, titanium nitride or zirconium dioxide or generally with corresponding carbides, nitrides

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung einer Kunststoffoberfläche sowie ein entsprechend beschichtetes Kunststoffbauteil, wobei mindestens eine Teilschicht (3) der Beschichtung mittels kinetischen Kaltgasspritzens aufgebracht wird, wobei zwischen Kunststoffoberfläche (1) und kaltgasgespritzter Teilschicht eine Grundschicht (2) mit einem anderen, vom kinetischen Kaltgasspritzen unterschiedlichen Verfahren aufgebracht wird, welche so ausgewählt wird, dass sowohl eine Haftung der Grundschicht auf der Kunststoffoberfläche gewährleistet ist, als auch eine Abscheidung der Teilschicht durch Kaltgasspritzen möglich wird.

Description

BESCHICHTEN VON KUNSTSTOFFBAUTEILEN MITTELS KINETISCHEN KALTGAS- SPRITZENS
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung einer Kunststoffoberfläche, wobei mindestens eine Teilschicht der Beschichtung mittels kinetischen Kaltgasspritzens aufge- bracht wird, sowie ein entsprechend beschichtetes Kunststoffbauteil.
STAND DER TECHNIK
Das kinetische Kaltgasspritzen wird seit einiger Zeit in verschiedensten Bereichen zur Abschei- dung von Schichten auf Bauteilen eingesetzt. Beim kinetischen Kaltgasspritzen werden Fest- stoffpartikel mit hoher Geschwindigkeit auf das zu beschichtende Bauteil bzw. dessen Oberfläche beschleunigt, wo die Partikel unter Bildung einer Schicht haften bleiben. Das kinetische Kaltgasspritzen zeichnet sich dadurch aus, dass die Prozesstemperaturen so gewählt werden, dass die Partikel aus dem Beschichtungsstoff weder aufschmelzen noch anschmelzen. Im Gegensatz zu thermischen Spritzverfahren, wie beispielsweise Lichtbogenspritzen oder Flammspritzen, bei denen das zu verspritzende Pulver durch einen Lichtbogen bzw. durch das verbrannte Brenngas aufgeschmolzen wird, treffen beim kinetischen Kaltgasspritzen nicht geschmolzene Feststoffpar- tikel auf die zu beschichtende Oberfläche auf. Die Ausbildung der Schicht und die Haftung der Schicht auf dem Grundwerkstoff werden hierbei durch eine entsprechende plastische Deformati- on der Beschichtungspartikel sowie im Bereich der Grenzfläche zwischen der zu erzeugenden Schicht und dem Grundwerkstoff auch des Grundwerkstoffs bewirkt. Dadurch kommt es zu einem Ineinanderfließen der Werkstoffe, was zu einem formschlüssigen Verbund fuhrt. Außerdem kann durch das Umwandeln der hohen kinetischen Energie in Deformationsenergie auch entsprechende Wärmeenergie erzeugt werden, die zu einem Verschweißen der Partikel führen kann.
Während dies für vielfältige Werkstoffpaarungen, also einem entsprechenden Paar aus dem Grundwerkstoff und dem Beschichtungswerkstoff, in guter Weise funktioniert, können Bauteile aus bestimmten Werkstoffen nicht mit entsprechenden Schichten durch Kaltgasspritzen versehen werden, wenn die oben beschriebenen Haftungsmechanismen nicht oder nur unzureichend gege- ben sind. Dies hat bisher zu einer eingeschränkten Anwendung des Kaltgasspritzens geführt, obwohl das Kaltgasspritzen hinsichtlich bestimmter Aspekte, wie geringe Temperaturbelastung, gezielte Beschichtung, wenig Overspray, etc. vorteilhaft ist. Insbesondere ist es problematisch, Kunststoffe und insbesondere faserverstärkte Kunststoffe mit entsprechenden Schichten durch Kaltgasspritzen zu versehen.
Zwar ist in der DE 10 2005 047 688 B3 beschrieben, dass bei der Herstellung eines Lampensockels für KFZ-Scheinwerfer mikroverkapselte Agglomerate von Nanopartikeln zur Ausbildung einer Beschichtung zum Schutz gegen UV-Strahlung durch kinetisches Kaltgasspritzen auf einen Kunststoffkörper aufgebracht werden können, jedoch gilt dies nicht für gegen Verschleiß beständige Schichten, die aus hochfesten Materialien mit insbesondere Hartstoffpartikeln gebildet sind, die beispielsweise auf faserverstärkten Kunststoffen abgeschieden werden sollen, da hier beim Kaltgasspritzen der Schicht Beschädigungen am faserverstärkten Kunststoff auftreten kön- nen.
Zwar ist in der DE 10 037212 A1 beschrieben, dass faserverstärkte Kunststoffe mit einer verschleißbeständigen Beschichtung aus exotherm wirkenden Materialien und insbesondere Zink, Zinklegierungen, Aluminiumlegierungen, Nickelaluminium oder Molybdän gebildet werden können, aber offensichtlich wird die Prozesstemperatur hier auch beim Kaltgasspritzen so hoch gewählt, dass überwiegend Haftungsprozesse gemäß thermischer Spritzverfahren zur Geltung kommen.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
AUFGABE DER ERFINDUNG
Dem gegenüber soll jedoch ein Verfahren zur Beschichtung einer Kunststoffoberfläche bereitgestellt werden, bei welchem eine Schicht aus einem hochfesten, harten verschleißbeständigen Ma- terial mittels kinetischen Kaltgasspritzens aufgebracht werden kann. Insbesondere soll die
Schicht bei einer Temperatur abgeschieden werden, bei welcher die mittels kinetischen Kaltgasspritzens aufgebrachten Partikel zumindest teilweise nicht auf- oder anschmelzen. Gleichwohl soll eine gute Haftung der Schicht auf der Kunststoffoberfläche erzielt werden und eine Beschädigung des Kunststoffmaterials vermieden werden. Das Verfahren soll einfach und effizient durchführbar sein. Darüber hinaus besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin ein entsprechendes Bauteil zur Verfügung zu stellen.
TECHNISCHE LÖSUNG
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Kunststoffbauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der anhängigen Ansprüche. Entgegen dem Vorgehen im Stand der Technik, wie es in der DE 10 037 2131 A1 beschrieben ist, wo die entsprechende Schicht unmittelbar durch kinetisches Kaltgasspritzen auf der Kunststoffoberfläche aufgebracht wird und entgegen dem Vorgehen bei der DE 10 2005 047 688 B3, bei der die Zusammensetzung der mittels kinetischen Kaltgasspritzens aufgebrachten Schicht im Grenzbereich zwischen Kunststoffoberfläche und Schicht entsprechend modifiziert wird, schlägt die vorliegende Erfindung eine andere Lösung dahingehend vor, dass eine Zwischenschicht zwischen dem Kunststoffgrundwerkstoff und der kaltgasgespritzten Funktionsschicht als Grundschicht vorgesehen wird, welche mit einem anderem Beschichtungsverfahren als dem kinetischen Kaltgasspritzen abgeschieden wird. Die Grundschicht stellt hierbei sowohl eine gute Haftung zum Kunststoffgrundwerkstoff her und ermöglicht auch eine entsprechende Abscheidung einer nachfolgenden Schicht durch kinetisches Kaltgasspritzen. Entsprechend wird die Zusammensetzung der Grundschicht so gewählt, dass beim Auftreffen der Partikel beim kinetischen Kaltgasspritzen ein entsprechendes Ineinanderfließen und/oder Verschweißen der Werkstoffe miteinander möglich ist. Darüber hinaus gewährleistet die Grundschicht, dass die darunter liegende Kunststoffoberfläche durch die mechanische Belastung mittels des kinetischen Kaltgas- spritzens nicht zu einer Beschädigung der Kunststoffoberfläche führt.
Dies kann insbesondere für Werkstoffpaare eingesetzt werden, die ansonsten nicht zusammen in entsprechender Weise genutzt werden könnten. Als Werkstoffpaar können hierbei beispielsweise Kunststoffe genannt werden, die gegenüber einer Stoß- oder Schlagbelastung, wie sie durch auf- treffende Partikel beim kinetischen Kaltgasspritzen auftreten, empfindlich sind. Insbesondere kann die Kunststoffoberfläche durch einen faserverstärkten Kunststoff gebildet sein, während die Funktionsschicht eine hochfeste, verschleißbeständige Schicht sein kann, die insbesondere entsprechende Hartstoffpartikel mit hoher Härte und Festigkeit umfassen kann, wie beispielsweise diamantähnliche Werkstoffe, Nitride, Karbide oder Oxyde. Die Grundschicht kann insbesondere eine metallische Schicht aus einem im Wesentlichen reinen Metall oder Metallgemisch oder einer Metalllegierung sein, die die entsprechende Duktilität bereitstellt.
Die Grundschicht kann durch verschiedenste Beschichtungsverfahren auf dem Kunststoff aufgebracht werden, wie beispielsweise durch galvanische Abscheidung, physikalische Dampfphasen- abscheidung, Kathodenzerstäubung (Sputtem) oder chemische Dampfphasenabscheidung. Insbesondere können Verfahren gewählt werden, die ähnlich dem kinetischen Kaltgasspritzen auch lediglich eine geringe Temperaturbelastung des Substrats erfordern.
Die Grundschicht kann in einer Dicke aufgebracht werden, die sicher eine Beschädigung der Kunststoffoberfläche bei der nachfolgenden Abscheidung der kaltgasgespritzten Funktionsschicht vermeidet.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Weitere Vorteile, Kennzeichen und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung eines Ausfuhrungsbeispiels anhand der beigefügten Zeich- nungen deutlich. Die Zeichnungen zeigen hierbei in rein schematischer Weise in
Figur 1 eine Prinzipskizze einer Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens; und in
Figur 2 eine Schnittansicht eines Kunststoffbauteils, das mit der Anordnung in der Figur 1 hergestellt worden ist.
AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
Die Figur 1 zeigt eine Prinzipdarstellung einer Anordnung zur Beschichtung eines Kunststoff- bauteils 1 gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Anordnung umfasst ein Kunststoffbauteil 1, welches eine Grundschicht 2 aufweist, auf der mittels kinetischen Kaltgasspritzens eine Funktionsschicht 3 aufgebracht wird. Hierzu ist eine Kaltgasspritzvorrichtung 4 mit einer Düsenanordnung, zum Beispiel einer Laval-Düse 5, vorgesehen, bei welcher über eine Prozessgaszuführung 6 Prozessgas mit hohem Druck zugeführt wird, so dass Pulverpartikel, die über die Pulverparti- kelzufuhrung 7 zugeführt werden, unter hoher Geschwindigkeit die Düse 5 verlassen und auf die Oberfläche der Grundschicht 2 des Kunststoffbauteils 1 treffen. Die Geschwindigkeit der Partikel 9 im Spritzstrahl 8 kann hierbei bis in und über den Bereich der Schallgeschwindigkeit gehen. Kennzeichen des kinetischen Kaltgasspritzens ist, dass die Pulverpartikel 9 nicht aufge- schmolzen oder angeschmolzen werden und somit die Prozesstemperatur unterhalb der Schmelztemperatur des gespritzten Werkstoff gewählt werden kann.
Beim Auftreffen der Partikel 9 auf die Oberfläche der Grundschicht 2 des Kunststoffbauteils 1 werden diese sowie die Grundschicht 2 oder bereits abgeschiedene Partikel deformiert und die Werkstoffe der Grundschicht 2 und der Partikel 9 bilden durch die starke, insbesondere gegenseitige Deformation mit eventuell gegenseitigen Verschweißungen eine kompakte und gut haftende Funktionsschicht 3 auf dem Kunststoff bauteil 1 aus. Beim weiteren Schichtaufbau der Funktionsschicht 3 kommt es zu einer gegenseitigen Deformation der abgeschiedenen Partikel und möglicherweise gegenseitigem Verschweißen, so dass eine dichte und gut haftende Funkti- onsschicht 3 auf dem Kunststoff bauteil 1 ausgebildet wird.
Die Figur 2 zeigt ein fertig gestelltes Bauteil 1 mit der Beschichtung mit den Teilschichten 2, 3, wobei die Teilschicht 2 die Grundschicht 2 darstellt und die Teilschicht 3 die eigentliche Funktionsschicht.
Die Grundschicht 2 ist eine Teilschicht, die auf dem Kunststoffbauteil 1 abgeschieden worden ist, um eine anschließende Beschichtung mittels kinetischen Kaltgasspritzens zu ermöglichen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Grundschicht 2 eine metallische Grundschicht, die aus einem einzelnen Metall oder einer Metalllegierung gebildet ist. Die Grundschicht 2 kann über verschiedenste Beschichtungsverfahren aufgebracht werden. Die Beschichtungsverfahren und/oder der Werkstoff der Grundschicht 2 sind dabei so gewählt, dass beim Aufbringen der Grundschicht 2 auf die Oberfläche des Kunststoffbauteils 1 keine Beschädigung der Kunststoffoberfläche bzw. des Kunststoffgrundwerkstoffs erfolgt. So können andere Beschichtungsverfahren als das kinetische Kaltgasspritzen, wie beispielsweise galvanisches Abscheiden, physikali- sehe Dampfphasenabscheidung, Kathodenzerstäuben (sputtern), chemische Dampfphasenab- scheidung oder dergleichen eingesetzt werden, mit denen eine schonende Beschichtung der Kunststoffoberfläche des Kunststoffbauteils 1 möglich ist. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel kann beispielsweise das Kunststoffbauteil durch einen faserverstärkten Kunststoff gebildet sein, welcher gegenüber der Stoßbeanspruchung durch Auftreffen von Partikeln beim kinetischen Kaltgasspriten empfindlich ist. Entsprechend kann beispielsweise durch Sputtern eine metallische Grundschicht in einer ausreichenden Dicke abge- schieden werden, die bei einem nachfolgenden Beschichtungsprozess mit kinetischem Kaltgasspritzen als duktile Zwischenschicht zum einen den Schutz der Kunststoffoberfläche übernimmt und zum anderen durch eine entsprechende Deformation und Ineinanderfließen der Werkstoffe ein sicheres Anhaften der kaltgasgespritzten Funktionsschicht 3 ermöglicht. Insbesondere kann auf diese Weise die Funktionsschicht als eine Verschleißschutzschicht oder Erosionsschutz- schicht oder dergleichen ausgebildet werden, bei der harte Partikel mit hoher Geschwindigkeit auf die Oberfläche der Grundschicht 2 des Kunststoffbauteils 1 auftreffen. Entsprechend kann eine hoch feste bzw. harte Funktionsschicht 3, insbesondere mit eingelagerten Hartstofrpartikeln, wie zum Beispiel Diamant oder diamantähnlichen Werkstoffen, kubischem kristallinen Bornitrid, Siliziumkarbid, Aluminiumoxyd, Borkarbid, Wolframkarbid, Titankarbid, Titannitrid oder Zirkondioxid bzw. allgemein mit entsprechenden Karbiden, Nitriden und Oxyden, mittels kinetischen Kaltgasspritzens abgeschieden werden, wobei durch das kinetische Kaltgasspritzen eine geringe thermische Belastung des Kunststofrbauteils ermöglicht wird und eine gezielte Be- schichtung mit einem fokussierten Spritzstrahl und einem geringen Overspray, d. h. entsprechend niedrigerem Abdeckaufwand, diirchgefuhrt werden kann.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand des Ausfuhrungsbeispiels und den beigefugten Zeichnungen detailliert beschrieben worden ist, ist für den Fachmann selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt ist, sondern dass vielmehr Änderungen im Rahmen des Schutzbereichs, der durch die beigefugten Ansprüche definiert wird, mög- lieh sind. Insbesondere können einzelne der vorgestellten Merkmale weggelassen oder andersartige Kombinationen der vorgestellten Merkmale verwirklicht werden. Die Erfindung umfasst insbesondere sämtliche Kombinationen aller vorgestellten Merkmale.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Beschichtung einer Kunststoffoberfläche, wobei mindestens eine Teilschicht der Beschichtung mittels kinetischen Kaltgasspritzens aufgebracht wird,
S dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen Kunststoffoberfläche und kaltgasgespritzter Teilschicht eine Grundschicht (2) mit einem anderen, vom kinetischen Kaltgasspritzen unterschiedlichen Verfahren aufgebracht wird, welche so ausgewählt wird, dass sowohl eine Haftung der Grundschicht auf der Kunststoffober- fläche gewährleistet ist, als auch eine Abscheidung der Teilschicht durch Kaltgasspritzen mög-0 lieh wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Werkstoff der Kunststoffoberfläche und die Zusammensetzung der kaltgasgespritzten Schicht (3) derart sind, dass eine direkte Abscheidung der kaltgasgespritzten Schicht unmittelbar 5 auf der Kunststoffoberfläche nicht möglich ist.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Grundschicht (2) eine metallische Schicht ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
0 dadurch gekennzeichnet, dass
die Grundschicht (2) mittels galvanischer Abscheidung, physikalischer Dampfphasenabschei- dung, Kathodenzerstäuben (Sputtern) oder chemischer Dampfphasenabscheidung aufgebracht wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
5 dadurch gekennzeichnet, dass
die Grundschicht (2) auf einem faserverstärkten Kunststoff (1) aufgebracht wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Grundschicht (2) mit einer Dicke aufgebracht wird, bei der nachfolgenden Abscheidung der0 kaltgasgespritzten Teilschicht eine Beschädigung der Kunststoffoberfläche vermieden wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Grundschicht (2) mit einer Dicke von 20 μιη bis 200 μιη aufgebracht wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
beim kinetischen Kaltgasspritzen der Teilschicht (3) auf der Grundschicht (2) Hartstoffpartikel mit hoher Geschwindigkeit auf die Grundschicht beschleunigt werden.
9. Kunststoffbauteil mit einer Beschichtung, die mindestens eine Teilschicht aus einer kalt- gasgespritzten Schicht umfasst,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen Kunststoffoberfläche und kaltgasgespritzter Teilschicht (3) eine Grundschicht (2) mit einem anderen, vom kinetischen Kaltgasspritzen unterschiedlichen Verfahren aufgebracht ist, welche so ausgewählt ist, dass sowohl eine Haftung der Grundschicht (2) auf der Kunststoffober- fläche gewährleistet ist, als auch eine feste Verbindung der kaltgasgespritzten Schicht (3) auf der Grundschicht (2) gegeben ist.
10. Kunststoffbauteil nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kunststof oberfläche einen faserverstärkten Kunststoff (1) umfasst.
11. Kunststoff bauteil nach Anspruch 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
die kaltgasgespritzte Teilschicht (3) eine hochfeste, verschleißbeständige Schicht, insbesondere mit Hartstoffpartikeln ist.
EP10798486A 2009-11-12 2010-11-11 Beschichten von kunststoffbauteilen mittels kinetischen kaltgasspritzens Withdrawn EP2499279A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009052983A DE102009052983A1 (de) 2009-11-12 2009-11-12 Beschichten von Kunststoffbauteilen mittels kinetischen Kaltgasspritzens
PCT/DE2010/001321 WO2011057614A1 (de) 2009-11-12 2010-11-11 Beschichten von kunststoffbauteilen mittels kinetischen kaltgasspritzens

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2499279A1 true EP2499279A1 (de) 2012-09-19

Family

ID=43531178

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP10798486A Withdrawn EP2499279A1 (de) 2009-11-12 2010-11-11 Beschichten von kunststoffbauteilen mittels kinetischen kaltgasspritzens

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20130129976A1 (de)
EP (1) EP2499279A1 (de)
DE (1) DE102009052983A1 (de)
WO (1) WO2011057614A1 (de)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SG186916A1 (en) * 2010-07-15 2013-02-28 Commw Scient Ind Res Org Surface treatment
FR2995323B1 (fr) * 2012-09-11 2014-11-21 Renault Sa Procede de formation d'un revetement metallique sur une surface d'un substrat thermoplastique, et materiau composite correspondant
DE102014217179A1 (de) 2014-08-28 2016-03-03 Wacker Chemie Ag Kunststoffsubstrate mit Siliciumbeschichtung
FR3031274B1 (fr) * 2014-12-30 2018-02-02 Airbus Group Sas Structure comportant des lignes electriquement conductrices en surface et procede pour la realisation de lignes electriquement conductrices sur une face d'une structure
CN110691886B (zh) 2017-05-31 2022-02-15 泰诺风保泰控股股份有限公司 用于窗户、门、立面或覆层元件的型材
JP7072005B2 (ja) * 2017-05-31 2022-05-19 テクノフォルム バウテック ホールディング ゲーエムベーハー 窓、扉、ファサード、およびクラッディング要素用のプロファイル
CN114032536A (zh) * 2021-11-04 2022-02-11 兆山科技（北京）有限公司 高熵硼硅陶瓷表面材料冷喷涂制备梯度陶瓷涂层的方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040058065A1 (en) * 2002-09-23 2004-03-25 Steenkiste Thomas Hubert Van Spray system with combined kinetic spray and thermal spray ability
KR20080076431A (ko) * 2007-02-16 2008-08-20 한양대학교 산학협력단 혼성 분사 공정을 이용한 다이아몬드 공구 제조방법

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3566088D1 (en) * 1984-03-12 1988-12-15 Commissariat Energie Atomique Treatment of a surface of a part to improve the adhesion of a coating deposited on the part particularly by hot projection
DE4443440A1 (de) * 1994-01-26 1995-07-27 Forschungskuratorium Maschinen Verschleißschutzschicht und Verfahren zum Auftragen dieser auf Bauteile
WO2000061831A1 (en) * 1999-04-14 2000-10-19 Price Pfister, Inc. Process for applying metals to plastics and the articles produced thereby
DE10024053A1 (de) * 2000-05-16 2001-11-29 Metall Und Drucklufttechnik Tr Verfahren zur Herstellung metallischer Schichten
DE10037212A1 (de) 2000-07-07 2002-01-17 Linde Gas Ag Kunststoffoberflächen mit thermisch gespritzter Beschichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung
AU2001277530A1 (en) * 2000-07-07 2002-01-21 Linde Gas Ag Plastic surface with a thermally sprayed coating and method for production thereof
DE10037213A1 (de) 2000-07-31 2002-02-14 Linde Gas Ag Kunststoffoberfläche mit thermisch gespritzter Beschichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE10127908A1 (de) * 2001-06-08 2002-12-19 Roland Man Druckmasch Verfahren zur Herstellung einer chemikalienbeständigen Schutzschicht für Rotationskörper mit einem Grundkörper aus faserverstärktem Kunststoff und andere Rotationskörper
DE102004031555A1 (de) * 2004-06-29 2006-01-26 Grauvogel, Ulrich, Dipl.-Ing. Verfahren zum Herstellen eines Bauelements mit einer dekorativen Oberfläche aus Metall
WO2006074550A1 (en) * 2005-01-14 2006-07-20 National Research Council Of Canada Implantable biomimetic prosthetic bone
DE102005008487C5 (de) * 2005-02-24 2011-08-18 Praxair S.T. Technology, Inc., Conn. Beschichteter Körper aus Kohlefaser verstärktem Kunststoff für Papier- und Druckmaschinen, insbesondere Walze, und Verfahren zum Herstellen eines solchen Körpers
DE102005047688C5 (de) 2005-09-23 2008-09-18 Siemens Ag Kaltgasspritzverfahren
DE102005050045B3 (de) * 2005-10-19 2007-01-04 Praxair Surface Technologies Gmbh Verfahren zur Beschichtung eines Bauteils
US20100119707A1 (en) * 2006-02-28 2010-05-13 Honeywell International, Inc. Protective coatings and coating methods for polymeric materials and composites
DE102006037532A1 (de) * 2006-08-10 2008-02-14 Siemens Ag Verfahren zur Erzeugung einer elektrischen Funktionsschicht auf einer Oberfläche eines Substrats
US7993704B2 (en) * 2007-12-05 2011-08-09 Honeywell International Inc. Protective coating systems for gas turbine engine applications and methods for fabricating the same
DE102008001468B4 (de) * 2008-04-30 2013-09-19 Airbus Operations Gmbh Verfahren zum Beschichten eines Faserverbundbauteils für ein Luft- oder Raumfahrzeug und durch ein derartiges Verfahren hergestelltes Faserverbundbauteil

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040058065A1 (en) * 2002-09-23 2004-03-25 Steenkiste Thomas Hubert Van Spray system with combined kinetic spray and thermal spray ability
KR20080076431A (ko) * 2007-02-16 2008-08-20 한양대학교 산학협력단 혼성 분사 공정을 이용한 다이아몬드 공구 제조방법

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of WO2011057614A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
DE102009052983A1 (de) 2011-05-19
WO2011057614A1 (de) 2011-05-19
US20130129976A1 (en) 2013-05-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2499279A1 (de) Beschichten von kunststoffbauteilen mittels kinetischen kaltgasspritzens
DE102006004769B4 (de) Oberflächenkonditionierung für thermische Spritzschichten
EP1899494B1 (de) Verfahren zum herstellen von keramischen schichten
EP2430327B1 (de) Beschichtete leichtmetallscheibe
EP2298962B1 (de) Kaltgasspritzen von oxydhaltigen Schutzschichten
DE102011012320B4 (de) Verfahren zur Herstellung einer Bremsscheibe
EP1857183B1 (de) Vorrichtung zum Kaltgasspritzen
EP2422051A2 (de) Verfahren zur herstellung einer panzerung einer schaufespitze sowie gasturbinenschaufel
WO2011044876A1 (de) Verfahren zur herstellung einer lauf- oder statorschaufel und eine derartige schaufel
EP3102718A2 (de) Verfahren zum herstellen eines hohlkörpers mittels kaltgasspritzen und zur durchführung dieses verfahrens geeigneter formkern
DE102009036343A1 (de) Anti-Frettingschicht und Verfahren zu ihrer Abscheidung
DE102007009600A1 (de) Verfahren zum Substratbeschichten durch thermisches oder kinetisches Spritzen
EP2780552A1 (de) Panzerung von dichtfins von tial-schaufeln durch induktives auftragslöten von hartstoffpartikeln
DE102009043097A1 (de) Laufschaufel zur Verwendung in Zweiphasenströmungen sowie Verfahren zum Herstellen einer solchen Laufschaufel
DE102006044612A1 (de) Verfahren zum Kaltgasspritzen
WO2016004447A1 (de) Target und verfahren zur herstellung eines targets
WO2019219551A1 (de) Bremskörper und verfahren zur herstellung
EP3110987B1 (de) Verfahren zur herstellung eines dentalinstruments oder medizinischen instruments
DE10208868B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines Bauteils und/oder einer Schicht aus einer schwingungsdämpfenden Legierung oder intermetallischen Verbindung sowie Bauteil, das durch dieses Verfahren hergestellt wurde
DE102006057839A1 (de) Zylinder für einen Verbrennungsmotor und Verfahren zu seiner Herstellung
DE102021128374B4 (de) Verfahren zur Herstellung einer Bremsscheibe und Bremsscheibe
EP2503026A1 (de) Verfahren zum Reparieren einer Schicht auf einem Substrat
EP2840166B1 (de) Intermetallische Verschleißschutzschicht für Titan-Werkstoffe
DE102009052970A1 (de) Kaltgasspritzdüse und Kaltgasspritzvorrichtung mit einer derartigen Spritzdüse
DE102011087159B3 (de) Haftgrundvorbereitung für das Kaltgasspritzen und Kaltgasspritzvorrichtung

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20120511

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: MTU AERO ENGINES AG

17Q First examination report despatched

Effective date: 20131105

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20140318