EP2499279A1 - Coating plastic components by means of kinetic cold gas spraying - Google Patents

Coating plastic components by means of kinetic cold gas spraying

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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
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EP
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layer
cold gas
base layer
plastic
gas spraying
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10798486A
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German (de)
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
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MTU Aero Engines AG
Original Assignee
MTU Aero Engines GmbH
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Filing date
Publication date
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    • 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

Abstract

The present invention relates to a method for coating a plastic surface and to a correspondingly coated plastic component, wherein at least one partial layer (3) of the coating is applied by means of kinetic cold gas spraying, wherein a base layer (2) is applied by means of another method different from kinetic cold gas spraying between the plastic surface (1) and the cold gas sprayed partial layer (3), wherein the base layer is selected in such a way that adhesion of the base layer on the plastic surface is ensured and that it is possible to deposit the partial layer by way of by cold gas spraying.

Description

BESCHICHTEN VON KUNSTSTOFFBAUTEILEN MITTELS KINETISCHEN KALTGAS- SPRITZENS  COATING OF PLASTIC COMPONENTS BY MEANS OF KINETIC COLD GAS SPRAYING
HINTERGRUND DER ERFINDUNG BACKGROUND OF THE INVENTION
GEBIET DER ERFINDUNG FIELD OF THE INVENTION
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. 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.
STAND DER TECHNIK STATE OF THE ART
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. The kinetic cold gas spraying has been used for some time in various areas for the deposition of layers on components. In kinetic cold gas spraying, 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. In contrast to 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. As a result, the materials flow into one another, which leads to a positive connection. In addition, by converting the high kinetic energy into deformation energy, corresponding heat energy can also be generated, which can lead to welding of the particles.
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. While this works well for a variety of material pairings, ie a corresponding pair of the base material and the coating material, components made of certain materials can not be provided with corresponding layers by cold gas spraying if the above-described adhesion mechanisms are not or only insufficiently adequate. ben are. This has hitherto led to a limited application of cold gas spraying, although cold gas spraying is advantageous with regard to certain aspects, such as low temperature load, targeted coating, low overspray, etc. In particular, it is problematic to provide plastics and in particular fiber-reinforced plastics with corresponding layers by cold gas spraying.
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. Although it is described in DE 10 2005 047 688 B3 that 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.
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. Although it is described in DE 10 037212 A1 that fiber-reinforced plastics with a wear-resistant coating of exothermic materials and in particular zinc, zinc alloys, aluminum alloys, nickel aluminum or molybdenum can be formed, but obviously the process temperature is chosen so high here in the cold gas spraying that predominantly adhesion processes in accordance with thermal spraying apply.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG DISCLOSURE OF THE INVENTION
AUFGABE DER ERFINDUNG OBJECT OF THE INVENTION
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 dieOn the other hand, however, a method for coating a plastic surface is to be provided, in which a layer of a high-strength, hard wear-resistant material can be applied by means of kinetic cold gas spraying. In particular, should
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. Layer are deposited at a temperature at which the particles applied by means of kinetic cold gas spraying particles at least partially do not melt or melt. Nevertheless, a good adhesion of the layer to the plastic surface should be achieved and damage to the plastic material should be avoided. The procedure should be simple and efficient be feasible. In addition, the object of the present invention is to provide a corresponding component.
TECHNISCHE LÖSUNG TECHNICAL SOLUTION
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. This object is achieved by a method having the features of claim 1 and a plastic component having the features of claim 9. Advantageous embodiments are the subject of the appended claims. Contrary to the procedure in the prior art, as described in DE 10 037 2131 A1, where the corresponding layer is applied directly by kinetic cold gas spraying on the plastic surface and contrary to the procedure of DE 10 2005 047 688 B3, in which the composition the layer applied by means of kinetic cold spray spraying in the boundary region between plastic surface and layer is modified accordingly, the present invention proposes another solution in that an intermediate layer between the plastic base material and the cold gas-sprayed functional layer is provided as the base layer, which with a different coating method as the kinetic cold gas spraying is deposited. 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.
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. This can be used in particular for pairs of materials that otherwise could not be used together in a corresponding manner. As a pair of materials in this case, for example, plastics may be mentioned which are sensitive to impact or impact, as they occur due to incident particles during kinetic cold gas spraying. In particular, the plastic surface can be formed by a fiber-reinforced plastic, while 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.
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. 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.
Die Grundschicht kann in einer Dicke aufgebracht werden, die sicher eine Beschädigung der Kunststoffoberfläche bei der nachfolgenden Abscheidung der kaltgasgespritzten Funktionsschicht vermeidet. 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.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
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 Further advantages, characteristics and features of the present invention will become apparent in the following detailed description of an exemplary embodiment with reference to the accompanying drawings. The drawings show this in a purely schematic way in
Figur 1 eine Prinzipskizze einer Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Figure 1 is a schematic diagram of an arrangement for carrying out the inventive
Verfahrens; und in  process; and in
Figur 2 eine Schnittansicht eines Kunststoffbauteils, das mit der Anordnung in der Figur 1 hergestellt worden ist.  Figure 2 is a sectional view of a plastic component which has been manufactured with the arrangement in Figure 1.
AUSFÜHRUNGSBEISPIEL Embodiment
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. 1 shows a schematic representation of an arrangement for coating a plastic component 1 according to the present invention. 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. For this purpose, 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. Kelzufuhrung 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.
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. Upon impact of the particles 9 on the surface of the base layer 2 of the plastic component 1, these and the base layer 2 or already deposited particles are deformed and the materials of the base layer 2 and the particles 9 form by the strong, in particular mutual deformation with possibly mutual welding a compact and well-adherent functional layer 3 on the plastic component 1 from. In the further layer construction of the functional layer 3, there is a mutual deformation of the deposited particles and possibly mutual welding, so that a dense and well adhering functional layer 3 is formed on the plastic component 1.
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. 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.
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. 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. In the exemplary embodiment shown, 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. Thus, other coating methods than kinetic cold gas spraying, such as galvanic deposition, physical vapor deposition see, sputtering, chemical vapor deposition or the like can be used, with which a gentle coating of the plastic surface of the plastic component 1 is possible. In the embodiment shown, for example, 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. Accordingly, for example, by sputtering 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. In particular, in this way 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. Accordingly, a high-strength or hard functional layer 3, in particular with embedded Hartstofrpartikeln, 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 diirchgefuhrt can.
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. Although the present invention has been described in detail with reference to the exemplary embodiment and the accompanying drawings, it is obvious to those skilled in the art that the invention is not limited to this embodiment, but rather changes within the scope defined by the appended claims - are lent. In particular, individual features presented can be omitted or other types of combinations of the features presented can be realized. In particular, the invention encompasses all combinations of all presented features.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Beschichtung einer Kunststoffoberfläche, wobei mindestens eine Teilschicht der Beschichtung mittels kinetischen Kaltgasspritzens aufgebracht wird, 1. 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,
S dadurch gekennzeichnet, dass  S characterized in that
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.  a base layer (2) with another, different from the kinetic cold gas spraying process is applied between the plastic surface and cold gas-injected sublayer, which is selected so that both adhesion of the base layer on the plastic surface is ensured, as well as a deposition of the sub-layer by cold gas spraying possible -0 lent.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,  2. The method according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
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.  the material of the plastic surface and the composition of the cold gas-sprayed layer (3) are such that direct deposition of the cold gas-sprayed layer directly on the plastic surface is not possible.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,  3. The method according to any one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Grundschicht (2) eine metallische Schicht ist.  the base layer (2) is a metallic layer.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 4. The method according to any one of the preceding claims,
0 dadurch gekennzeichnet, dass 0 characterized in that
die Grundschicht (2) mittels galvanischer Abscheidung, physikalischer Dampfphasenabschei- dung, Kathodenzerstäuben (Sputtern) oder chemischer Dampfphasenabscheidung aufgebracht wird.  the base layer (2) is applied by means of electrodeposition, physical vapor deposition, sputtering or chemical vapor deposition.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 5. Method according to one of the preceding claims,
5 dadurch gekennzeichnet, dass 5 characterized in that
die Grundschicht (2) auf einem faserverstärkten Kunststoff (1) aufgebracht wird.  the base layer (2) is applied to a fiber-reinforced plastic (1).
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,  6. The method according to any one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Grundschicht (2) mit einer Dicke aufgebracht wird, bei der nachfolgenden Abscheidung der0 kaltgasgespritzten Teilschicht eine Beschädigung der Kunststoffoberfläche vermieden wird.  the base layer (2) is applied with a thickness, in the subsequent deposition of the cold gas-injected partial layer, damage to the plastic surface is avoided.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,  7. The method according to any one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Grundschicht (2) mit einer Dicke von 20 μιη bis 200 μιη aufgebracht wird.  the base layer (2) with a thickness of 20 μιη to 200 μιη is applied.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that
beim kinetischen Kaltgasspritzen der Teilschicht (3) auf der Grundschicht (2) Hartstoffpartikel mit hoher Geschwindigkeit auf die Grundschicht beschleunigt werden. during kinetic cold gas spraying of the partial layer (3) on the base layer (2), hard-material particles are accelerated onto the base layer at high speed.
9. Kunststoffbauteil mit einer Beschichtung, die mindestens eine Teilschicht aus einer kalt- gasgespritzten Schicht umfasst,  9. plastic component with a coating which comprises at least one partial layer of a cold gas-injected layer,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
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. between the plastic surface and the cold-gas-injected sublayer (3) a base layer (2) is applied with a different method different from kinetic cold gas spraying, which is selected such that adhesion of the base layer (2) to the plastic surface is ensured, as well firm connection of the cold gas-sprayed layer (3) on the base layer (2) is given.
10. Kunststoffbauteil nach Anspruch 9,  10. plastic component according to claim 9,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die Kunststof oberfläche einen faserverstärkten Kunststoff (1) umfasst. the plastic surface comprises a fiber-reinforced plastic (1).
11. Kunststoff bauteil nach Anspruch 9 oder 10, 11. plastic component according to claim 9 or 10,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die kaltgasgespritzte Teilschicht (3) eine hochfeste, verschleißbeständige Schicht, insbesondere mit Hartstoffpartikeln ist. the cold-gas injection-molded sublayer (3) is a high-strength, wear-resistant layer, in particular with hard material particles.
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