In dem Buch"Plasma Spraying of Metallic and Ceramic Materi- alsm von D. Matejka und B. Benko, John Wiley & Sons, Chiche- ster, U. K., 1989, ist das Verfahren des Plasmaspritzens mit Anwendungen, beispielsweise auf Komponenten eines Verbren- nungsmotors eines Kraftfahrzeugs, angegeben. In dem Abschnitt 6.1"Preliminary preparation of surface prior to spraying" werden verschiedene Verfahren beschrieben, durch die eine Vorabbearbeitung eines zu beschichtenden Bauteils erfolgt.

Hierin ist ein Verfahren zur Reinigung der Oberfläche des Er- zeugnisses vor der eigentlichen Beschichtung mittels eines Strahls von abrasiv wirkenden Partikeln beschrieben. Die ab- rasiv wirkenden Partikel werden in einem Preßluftstrom mitge- führt und prallen vorzugsweise senkrecht auf die zu behan- delnde Oberfläche auf. Die Bestrahlung mit den abrasiv wir- kenden Partikeln kann in einer Kammer oder mit einer Saugein- richtung durchgeführt werden, so daß im wesentlichen die ge- samte Menge der abrasiv wirkenden Partikel wiedergewonnen und erneut für eine Bestrahlung zur Verfügung steht. Abrasiv wir- kende Partikel können hierbei aus Gußeisen, Stahl, aus syn- thetischem Korund (Aluminiumoxid A1203), Siliciumkarbid oder Silikatsand (Quartzsand) hergestellt werden. Die abrasiv wir- kenden Partikel können einen Durchmesser zwischen 350 um und 1400 um aufweisen. Vorzugsweise wird die Bestrahlung mittels des sogenannten Grobsandstrahlens durchgeführt, wobei die ab-

rasiven Partikel Korundpartikel mit einem Durchmesser zwi- schen 200 pm und 800 um sind. Diese werden verwendet für die Vorbereitung einer Oberfläche mit einer Beschichtung, die eine Schichtdicke von bis zu 200 um aufweist, welche Be- schichtung in einem Beschichtungsprozeß auf die präparierte Oberfläche aufgebracht wird. Für Beschichtungen mit größerer Schichtdicke werden Partikeldurchmesser von bis zu 1400 um verwendet. Die Preßluft, in welcher die abrasiv wirkenden Partikel mitgeführt werden, hat bei der Verwendung von Korund vorzugsweise einen Druck von bis zu 0,35 MPa.

In der US-Patentschrift 4,321,310 ist ein Verfahren zur Her- stellung einer Beschichtung auf einem Gasturbinenbauteil, welches eine Turbinenschaufel ist, beschrieben. Die Turbinen- schaufel weist einen Grundkörper aus einem Grundmaterial auf.

Als Grundmaterial wird eine Kobaltbasis-oder Nickelbasisle- gierung, wie beispielsweise IN 100, MAR M200, MAR M509 oder WI 52 eingesetzt. Auf dieses Grundmaterial wird eine Haftver- mittlerschicht der Art MCrAlY aufgebracht. Dabei bezeichnet M beispielsweise eine Kombination der Metalle Nickel und Ko- balt. Cr steht für Chrom und A1 für Aluminium sowie Y für Yt- trium. Auf diese Haftvermittlerschicht wird eine keramische Schicht aus Zirkonoxid aufgebracht, die stengelförmig aufge- wachsen ist, wobei die Stengel im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des Grundkörpers gerichtet sind. Vor dem Aufbrin- gen der als Wärmedämmschicht dienenden Zirkonoxidschicht auf die Haftvermittlerschicht wird die Haftvermittlerschicht po- liert, bis sich eine Oberflächenrauhigkeit von etwa 1 um ein- stellt.

Aus der US-Patentschrift 5,683,825 geht ebenfalls ein Verfah- ren zum Aufbringen einer Wärmedämmschicht auf ein Bauteil ei- ner Gasturbine hervor. Auf einem Grundkörper wird durch Nie- derdruckplasmaspritzen eine NiCrAlY Haftvermittlerschicht aufgebracht. Die Oberfläche der Haftvermittlerschicht wird poliert, so daß diese eine Oberflächenrauhigkeit von etwa 2 um aufweist. Auf die so polierte Haftvermittlerschicht wird

mittels eines Aufdampfverfahrens (PVD, Physical Vapor Deposi- tion) eine keramische Wärmedämmschicht aus mit Yttrium stabi- lisiertem Zirkonoxid aufgebracht. Vorzugsweise wird die Wär- medämmschicht hierbei mit dem sogenannten Elektronenstrahl- PVD-Verfahren aufgebracht. Die Wärmedämmschicht kann auch mittels Plasmaspritzens aufgebracht werden. In der US-Patent- schrift 5,498,484 wird ebenfalls das Aufbringen einer Wärme- dämmschicht auf eine Haftvermittlerschicht eines Bauteils ei- ner Gasturbine beschrieben. Die mittlere Oberflächenrauhig- keit der Haftvermittlerschicht wird mit zumindest über 10 um angegeben.

Die US-Patentschrift 5,645,893 betrifft ein beschichtetes Bauteil mit einem Grundkörper aus einer Superlegierung sowie mit einer Haftvermittlerschicht und einer Wärmedämmschicht.

Die Haftvermittlerschicht weist ein Platinaluminid sowie eine daran sich anschließende dünne Oxidschicht auf. Die dünne Oxidschicht weist Aluminiumoxid auf. An diese Oxidschicht grenzt die Wärmedämmschicht an, welche mittels dem Elektro- nenstrahl-PVD-Verfahren aufgebracht wird. Dabei wird mit Yt- trium stabilisiertes Zirkonoxid auf die Haftvermittlerschicht aufgebracht. Vor dem Aufbringen der Haftvermittlerschicht wird die Oberfläche des Grundkörpers mittels eines Grobsand- strahlverfahrens gereinigt. Zur materialabtragenden Bearbei- tung des Grundkörpers wird dabei Aluminiumoxidsand einge- setzt.

Aus der WO 97/047781 Al geht eine Gasturbinenkomponente, z. B. eine Gasturbinenschaufel oder ein Hitzeschildelement einer Brennkammer, hervor. Die Gasturbinenkomponente weist als Grundwerkstoff eine Nickelbasis-oder Kobaltbasis-Superlegie- rung auf. Auf den Grundwerkstoff ist eine Anbindungsschicht mit einem Nitrid aufgebracht. An die Anbindungsschicht schließt sich eine keramische Wärmedämmschicht an. Die Ober- fläche der Anbindungsschicht weist eine mittlere Oberflächen- rauhigkeit von über 6 um, insbesondere zwischen 9 um und 14 um, auf.

In der WO 99/23272 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Schutzschicht auf einen für eine Heißgasbeaufschlagung ausge- legten Grundkörper zum Schutz vor Oxidation und/oder Korro- sion beschrieben. Dabei wird die Schutzschicht durch ein heißisostatisches Preßverfahren verdichtet, wobei sie unver- siegelt bleibt. Dabei bleibt die Schutzschicht im wesentli- chen chemisch unverändert. Beim heißisostatischen Pressen wird über einen von einem Preßgas ausgeübten Druck die poröse Schutzschicht über eine Zeitdauer zwischen etwa 0,1 bis 3 Stunden bei Temperaturen von etwa 800 °C bis 1200 °C verdich- tet. Im Gegensatz zu den vorgenannten Schriften liegt beim heißisostatischen Pressen eine nicht-materialabtragende Ober- flächenbehandlung vor.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Oberflächen- behandlung eines Bauteils anzugeben. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung eines Bauteils anzugeben.

Die auf ein Verfahren gerichtete Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung eines Bauteils mit einer gekrümmten Bauteiloberfläche, bei dem mit- tels eines aus einer Partikelquelle erzeugten Partikel- strahls, welcher durch die Strahlparameter Einstrahlabstand, Einstrahlintensität, Einstrahlwinkel und Einstrahldauer cha- rakterisiert ist, Material von der Bauteiloberfläche entlang einer Konturlinie auf der Bauteiloberfläche abgetragen wird, wobei zumindest einer der Strahlparameter gezielt so an die Konturlinie angepaßt wird, daß sich entlang der Konturlinie eine homogene Oberflächenrauhigkeit einstellt.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, daß sich Unregel- mäßigkeiten in der Bauteiloberfläche und ungleichmäßiger Ab- trag von Material bei der materialabtragenden Bearbeitung von Bauteiloberflächen nachteilig auf die Qualität der Bautei- loberfläche und somit deren Verwendbarkeit auswirkt. In den bisher bekannten Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Bau-

teilen, insbesondere bei der materialabtragenden Bearbeitung, ist eine gleichmäßige Oberflächenbearbeitung des Bauteils nicht über die gesamte Bauteiloberfläche oder über größere zusammenhängende Bereiche der Bauteiloberfläche gewährlei- stet. Vor allem bei Bauteilen mit einer komplexen Bauteilgeo- metrie, insbesondere mit einer gekrümmten Bauteiloberfläche, führt die Krümmung zu einer lokalen Variation der Strahlpara- meter. Beispielsweise führt eine komplexe Bauteilgeometrie zu einer Variation des Strahlabstands, d. h. des Abstands von der Partikelquelle zur zu behandelnden Bauteiloberfläche, was z. B. zu unterschiedlichen Oberflächenrauhigkeiten in ver- schiedenen Bereichen der Bauteiloberfläche führt. Dies trifft vor allem für die Bereiche der Bauteiloberfläche zu, die ein unterschiedliches Krümmungsverhalten aufweisen. Ferner sind jene Bereiche der Bauteiloberfläche mit einem sich lokal stark ändernden Krümmungsverhalten sowie diejenigen Bereiche, die für den Partikelstrahl gemäß den herkömmlichen Verfahren schwer zugänglich sind, mit Unregelmäßigkeiten (Inhomogenitä- ten) in der Oberflächenstruktur behaftet. Bei der Oberflä- chenbehandlung einer Vielzahl von Bauteilen ist darüber hin- aus eine Reproduzierbarkeit nur begrenzt gewährleistet.

Mit dem Verfahren werden erstmals charakteristische Strahlpa- rameter des Partikelstrahls in Bezug auf die lokale Bauteil- geometrie berücksichtigt. Dabei bezeichnet der Einstrahlab- stand den Abstand von der Partikelquelle zu dem Auftreffpunkt des Partikelstrahls auf der Bauteiloberfläche. Der Einstrahl- winkel wird in einem lokalen bauteilbezogenen Koordinatensy- stem definiert. In diesem Bezugssystem ist der Einstrahlwin- kel der Winkel zwischen der Einstrahlrichtung des Partikel- strahls und der lokalen Normalen auf die Bauteiloberfläche im Auftreffpunkt des Partikelstrahls auf die Bauteiloberfläche.

Unter der Einstrahlintensität versteht man die Anzahl der pro Sekunde und Raumwinkel aus der Partikelquelle emittierten Partikel, d. h. die Einstrahlintensität wird als Partikelfluß angegeben. Die Anzahl der Partikel, die pro Sekunde auf einen lokalen Oberflächenbereich auf der Bauteiloberfläche auf-

trifft, ergibt sich daraus in einfacher Weise aus dem Ein- strahlabstand, der Größe des Oberflächenbereichs sowie dem Einstrahlwinkel. Unter der Einstrahldauer versteht man die Verweilzeit des Partikelstrahls auf einem ausgewählten Ab- schnitt der Konturlinie. Mittels der Geschwindigkeit, mit der der Partikelstrahl entlang der Konturlinie geführt ist, ist die Verweilzeit des Partikelstrahls und damit die Anzahl der lokal auf die Bauteiloberfläche auftreffenden Partikel vari- ierbar. Mit dem Verfahren ist der Materialabtrag von der Bau- teiloberfläche gezielt an die Geometrie des Bauteils ange- paßt. Damit ist entlang der Konturlinie eine vorgebbare homo- gene Oberflächenrauhigkeit herstellbar. Durch Hintereinander- ausführung des Abfahrens mehrerer zusammenhängender Konturli- nien können große Bereiche der Bauteiloberfläche behandelt und hinsichtlich ihrer Rauhigkeit homogenisiert werden. Ins- besondere kann die gesamte Bauteiloberfläche einer solchen Oberflächenbehandlung unterzogen werden.

Für eine effiziente Anwendung des Verfahrens wird man das Verfahren bevorzugt kontinuierlich betreiben. Dazu wird der Partikelstrahl als eine kontinuierliche Funktion der Zeit entlang der Konturlinie geführt. Alternativ dazu könnte man auch den Abtrag von Material von der Bauteiloberfläche ent- lang der Konturlinie in Intervallen durchführen, wobei das Verfahren temporär unterbrochen wird. Mit dem Verfahren ist es möglich, die Oberflächenrauhigkeits-Kenngrößen, z. B. maxi- male Profilhöhe, maximale Profiltiefe, Mittenrauhwert, ge- zielt einzustellen. Der Mittenrauhwert, also das arithmeti- sche Mittel der absoluten Werte der Profilabweichungen inner- halb einer Bezugsstrecke (z. B. eines Teilabschnitts einer Konturlinie) wird hierbei bevorzugt zum Vergleich von Ober- flächen gleichen oder ähnlichen Charakters verwendet.

Es ist auch möglich, verschiedene Teilbereiche der Bautei- loberfläche, die beispielsweise unterschiedlich gekrümmt oder orientiert sein können, gezielt mit untereinander verschiede- nen, vorgebbaren Oberflächenrauhigkeiten herzustellen. Jeder

Teilbereich weist dabei eine homogene Oberflächenrauhigkeit auf. Wo dies sinnvoll und vorgesehen ist, könnte man auch entlang einer Konturlinie die Oberflächenrauhigkeit gemäß ei- ner vorgebbaren, gegebenenfalls nicht-konstanten, Funktion einstellen.

Mittels der an die Konturlinie angepaßten Bestrahlung mit dem Partikelstrahl erfolgt eine Glättung der Bauteiloberfläche zur Einstellung einer vorgegebenen Oberflächenrauhigkeit in einem vorgegebenen Bereich der Bauteiloberfläche. Weiterhin kann das Bestrahlen mit dem Partikelstrahl zu einer Oberflä- chenreinigung der Bauteiloberfläche verwendet werden, durch die eine Aktivierung der Bauteiloberfläche erreicht wird. Da- durch ist die Bauteiloberfläche für andere sich an die Ober- flächenbehandlung anschließende Verfahren-etwa Beschich- tungsverfahren-präpariert.

Bevorzugterweise erfolgt die Anpassung der Strahlparameter automatisch. Somit ist eine gute Reproduzierbarkeit gewähr- leistet. Darüber hinaus sind manuelle Eingriffe in das Ver- fahren nicht mehr erforderlich.

Vorzugsweise werden die Partikelquelle und das Bauteil rela- tiv zueinander bewegt. Dabei sind relative Translationen, re- lative Rotationen oder Kombinationen aus Translationen oder Rotationen vorgesehen. Durch diese relative Bewegung von Par- tikelquelle und Bauteil ist es möglich, den Partikelstrahl an eine gewünschte Stelle und entlang einer Konturlinie auf der Bauteiloberfläche zu führen. Durch die Geschwindigkeit, mit der die Relativbewegungen durchgeführt werden, kann die Ein- strahldauer variiert werden. Insbesondere bei Bauteilen mit einer komplexen Bauteilgeometrie, beispielsweise mit einer gekrümmten Bauteiloberfläche, werden durch die Relativbewe- gungen Strahlparameter, wie beispielsweise Einstrahlwinkel und Einstrahlabstand, beeinflußt. Es sind eine Vielzahl von Betriebsmodi hinsichtlich der Relativbewegungen von Bauteil

und Partikelquelle möglich. Einige bevorzugte Ausgestaltungen in dem Verfahren sind im folgenden ausgeführt : In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird die Partikelquelle relativ zu dem Bauteil so bewegt, daß der Ein- strahlabstand konstant ist. Dadurch ist bei konstanter Ein- strahlintensität der Partikelquelle die Anzahl der Partikel, die pro Sekunde auf ein senkrecht im konstanten Einstrahlab- stand angeordnetes Flächenelement der Bauteiloberfläche auf- treffen, ein konstanter Wert. Weiter bevorzugt wird die Par- tikelquelle relativ zu dem Bauteil so bewegt, daß der Ein- strahlwinkel konstant ist. Wählt man einen Betriebsmodus, bei dem sowohl der Einstrahlabstand als auch der Einstrahlwinkel konstant sind, so wird ein besonders an die Geometrie des Bauteils angepaßter Materialabtrag sichergestellt, insbeson- dere ist eine homogene Oberflächenbehandlung des Bauteils da- durch möglich.

Die Relativbewegungen werden so ausgeführt, daß in einer be- vorzugten Verfahrensausgestaltung die Partikelquelle mehrach- sig gegenüber dem gleichzeitig ruhenden Bauteil bewegt wird.

Mehrachsig bedeutet in diesem Zusammenhang, daß die Partikel- quelle entlang mindestens zweier kartesischer Koordinatenach- sen bewegt wird. Durch die Kombination von Bewegungen in ei- ner ersten und in einer darauf senkrechten zweiten Achse sind auch Rotationen der Partikelquelle um eine Rotationsachse, etwa um eine Achse, die durch das Bauteil verläuft (z. B. Fi- gurenachse), möglich. Weiter bevorzugt wird die Partikel- quelle mehrachsig gegenüber dem gleichzeitig rotierenden Bau- teil bewegt. Weiter bevorzugt wird die Partikelquelle mehrachsig gegenüber dem gleichzeitig mehrachsig bewegten Bauteil bewegt.

Vorzugsweise wird das Bauteil mehrachsig gegenüber der gleichzeitig ruhenden Partikelquelle bewegt. Durch die Viel- zahl der verschiedenen Verfahrensausgestaltungen hinsichtlich der Relativbewegungen ist eine große Flexibilität gegeben.

Durch die Kombination der verschiedenen Bewegungsmodi können sehr komplexe Bauteilgeometrien in dem Verfahren einer Ober- flächenbehandlung unterzogen werden.

Vorzugsweise weist das Bauteil einen Grundkörper mit einem Grundmaterial auf, wobei der Grundkörper die Bauteiloberflä- che aufweist, welche für eine auf den Grundkörper aufzubrin- gende erste Beschichtung mit einem ersten Beschichtungsmate- rial behandelt wird. Durch das Bestrahlen mit einem Partikel- strom findet eine Oberflächenreinigung des Grundkörpers statt. Diese Oberflächenreinigung bewirkt eine Aktivierung der Oberfläche. Dadurch ist eine besonders gute Anbindung ei- ner ersten Beschichtung auf den Grundkörper in einem Be- schichtungsprozeß möglich. Das Verfahren kann somit als Teil- verfahren eines Herstellungsverfahrens einer Schicht auf ei- nem Bauteil eingesetzt werden. Das Verfahren ermöglicht eine qualitativ hochwertige Präparation der Bauteiloberfläche vor einer Beschichtung. Dies wirkt sich sehr vorteilhaft auf die auf den Grundkörper aufzubringende Beschichtung aus, vor al- lem auf deren Haftvermögen und Schichtqualität. Der Grundkör- per ist beispielsweise aus einem metallischen Werkstoff her- gestellt. Bei Hochtemperaturanwendungen werden hierbei hochtemperaturfeste Legierungen, beispielsweise Nickel-, Ko- balt-oder Chrom-Superlegierungen als Werkstoff für den Grundkörper eingesetzt.

Vorzugsweise wird dann in dem Beschichtungsprozeß als erstes Beschichtungsmaterial eine Legierung oder eine intermetalli- sche Verbindung verwendet. Als erstes Beschichtungsmaterial wird bevorzugt eine haftvermittlerschichtbildende Legierung eingesetzt, wie z. B. eine Legierung der Art MCrAlX. Hierbei steht M für ein Metall, insbesondere für ein oder mehrere Elemente der Gruppe umfassend Nickel, Kobalt und Eisen. Cr steht für Chrom und Al für Aluminium. X steht für eines oder mehrere Elemente aus der Gruppe Yttrium, Rhenium sowie die Elemente der Seltenen Erden, wie beispielsweise Hafnium. Sol-

che Legierungen sind insbesondere in Hochtemperaturanwendun- gen vorgesehen.

Bevorzugt weist die erste Beschichtung auch die Bauteilober- fläche auf, welche für eine auf das Bauteil aufzubringende zweite Beschichtung, mit einem zweiten Schichtmaterial, be- handelt wird.

In einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Bauteil einen Grundkörper mit einem Grundmaterial auf, wobei auf dem Grund- körper eine erste Beschichtung mit einem ersten Beschich- tungsmaterial aufgebracht ist, wobei das beschichtete Bauteil für eine auf das Bauteil aufzubringende zweite Beschichtung, mit einem zweiten Beschichtungsmaterial, behandelt wird. Vor- teilhafterweise ist das Verfahren nicht nur dazu geeignet die Oberfläche eines Grundkörpers zu behandeln, sondern das Ver- fahren kann auch zur Behandlung und Präparation einer auf den Grundkörper aufgebrachten Schicht vor dem Aufbringen einer weiteren Schicht auf die erstere Schicht eingesetzt werden.

Das Verfahren ist somit in einen Prozeß zur Herstellung eines Schichtsystems auf einem Bauteil integrierbar. Dadurch können qualitativ sehr hochwertige, vor allem ausreichend langzeit- stabile, Schichtsysteme mit einer komplexen Geometrie des Grundkörpers deutlich besser hergestellt werden.

Vorzugsweise wird in dem Beschichtungsprozeß als zweites Be- schichtungsmaterial eine Keramik verwendet. Als keramische Materialien kommen beispielsweise solche in Frage, die Zir- konoxid (Zr02), welches durch Yttriumoxid, Ceroxid oder ein anderes Oxid teil-oder vollstabilisiert ist, umfassen. Eine solche, eine Keramik aufweisende zweite Beschichtung, ist beispielsweise eine Wärmedämmschicht und weist als solche eine Schichtdicke von etwa > 50 um, insbesondere etwa > 200 um auf. Eine Wärmedämmschicht kann auch andere metall- keramische Oxide, insbesondere auch metallkeramische Mischoxidsysteme, beispielsweise Perowskite (z. B. Lanthanalu- minat), Pyrochlore (z. B. Lanthanhafnat) oder Spinelle, wie

beispielsweise das klassische Magnesium-Aluminatspinell MgAl204, aufweisen.

Ein Schichtsystem auf einem metallischen Grundkörper, das eine Haftvermittlerschicht als erste Beschichtung und eine sich an die Haftvermittlerschicht anschließende Wärmedämm- schicht als zweite Beschichtung aufweist, wird insbesondere bei Hochtemperaturanwendungen eingesetzt. In einer bevorzug- ten Ausgestaltung des Verfahrens ist das Bauteil für eine Um- strömung mit einem heißen Gas ausgelegt. Weiter bevorzugt wird als Bauteil eine Turbinenlaufschaufel, eine Turbinen- leitschaufel oder ein Hitzeschildelement einer Brennkammer verwendet. Bauteile von thermischen Maschinen, wie beispiels- weise einer Gasturbine, einem Verbrennungsmotor, einem Ofen oder ähnlichem müssen für die Beaufschlagung mit einem heißen aggressiven Medium, insbesondere einem Heißgas, ausgelegt sein. Die Temperaturen, welche ein Bauteil während eines nor- malen Einsatzes ausgesetzt sind, können hierbei deutlich über 1000 °C liegen.

Vorzugsweise weist der Partikelstrahl Abrasivpartikel auf, die in einem druckbeaufschlagten Trägermedium, insbesondere Preßluft, mitgeführt werden. Die Abrasivpartikel treffen vor- zugsweise unter einem Einstrahlwinkel auf die Bauteiloberflä- che von etwa 20° bis 90°, insbesondere von etwa 50° bis 90°, auf. Der Durchmesser der Abrasivpartikel, der Einstrahlwinkel sowie der Druck des druckbeaufschlagten Trägermediums richten sich nach dem Material der Abrasivpartikel, dem Material der Bauteiloberfläche, auf die sie auftreffen, sowie der zu er- zielenden Wirkung, insbesondere hinsichtlich Oberflächenrei- nigung oder Materialabtrag, um eine gewünschte Oberflächen- rauhigkeit einzustellen. Wird ein hoher Materialabtrag ge- wünscht, so ist der Winkel, unter dem die Abrasivpartikel auf die Oberfläche auftreffen etwa zwischen 50° bis 90°, insbe- sondere etwa 60°. Für eine Reinigung und Aktivierung der Bau- teiloberfläche liegt der Winkel in einem Bereich zwischen 20° und 60°. Die Abrasivpartikel, die in dem Trägermedium mitge-

führt werden, können in Form eines Pulvers bereitgestellt werden oder, falls größere Partikel vorliegen (globulare Form), durch einen Mahlprozeß zerrieben werden, um scharfkan- tige Abrasivpartikel zu erzeugen, die dann verstärkt abrasiv auf der Bauteiloberfläche wirken.

Die auf einer Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung eines Bauteils gerichtete Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Strahlanlage zur automatisierten Oberflächenbehandlung eines Bauteils mit einer gekrümmten Bauteiloberfläche, die mindestens eine Partikelquelle zur Erzeugung eines Partikel- strahls sowie eine Bauteilhalterung zur Aufnahme des Bauteils aufweist, wobei die Partikelquelle und das Bauteil so relativ zueinander beweglich sind, daß zur Herstellung einer homoge- nen Bauteiloberfläche in einem Abstrahlprozeß mittels des Partikelstrahls der Einstrahlabstand und/oder der Einstrahl- winkel entlang einer Konturlinie auf der Bauteiloberfläche einen vorgegebenen, insbesondere konstanten, Wert einnimmt.

Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei- spiele wird das Verfahren und die Vorrichtung näher erläu- tert. Es zeigen hierbei teilweise nicht maßstäblich und sche- matisch FIG 1 bis FIG 3 einen Ausschnitt eines Grundkörpers eines Bauteils mit freier, insbesondere gekrümm- ter, Bauteiloberfläche, FIG 4 einen Ausschnitt durch ein Bauteil, bei dem auf einen Grundkörper eine erste Beschich- tung aufgebracht ist, FIG 5 einen Ausschnitt durch ein Bauteil, bei dem auf einen Grundkörper eine erste und eine zweite Beschichtung aufgebracht sind,

FIG 6 eine Turbinenschaufel in perspektivischer Darstellung, FIG 7 ein Hitzeschildelement einer Brennkammer in perspektivischer Darstellung, FIG 8 eine Strahlanlage zur Oberflächenbehandlung mit einem in der Strahlanlage angeordneten Bauteil.

Gleiche Bezugszeichen haben in den Figuren die gleiche Bedeu- tung.

In Figur 1 ist ein Ausschnitt durch einen Grundkörper 11 ei- nes nicht näher dargestellten Bauteils 1 (siehe z. B. Figur 6 oder 7) mit einem Grundmaterial 13, insbesondere einer Nik- kel-oder Kobalt-Superlegierung dargestellt. Der Grundkörper 11 weist eine Bauteiloberfläche 3 auf. Zur Oberflächenbehand- lung der Bauteiloberfläche 3, etwa zur Vorbehandlung vor Auf- bringen einer Beschichtung auf die Bauteiloberfläche 3, wird de Bauteiloberfläche 3 mit Abrasivpartikeln 27 aus einem Par- tikelstrahl 7 bestrahlt, die in einem druckbeaufschlagten Trägermedium 29, insbesondere Druckluft 29, mitgeführt wer- den. Zur Erzeugung eines solchen Partikelstrahls mit dem Trä- germedium 29 und mit den darin mitgeführten Abrasivpartikeln 27 ist eine Partikelquelle 5 vorgesehen. Die Behandlung der Bauteiloberfläche 3 mit Abrasivpartikeln 27 dient einer Glät- tung der Bauteiloberfläche 3, wobei eine vorgegebene Oberflä- chenrauhigkeit hergestellt wird. Darüber hinaus dient die Be- strahlung der Bauteiloberfläche einer Reinigung und Aktivie- rung der Bauteiloberfläche. Dazu treffen die Abrasivpartikel 27 auf die Bauteiloberfläche 3 unter einem Winkel a auf. Die Abrasivpartikel 27 bestehen hierbei vorzugsweise aus dem Grundmaterial 13 oder aus einem Material, welches gleich ei- nem Beschichtungsmaterial ist, welches im Anschluß an die Be- strahlung mit den Abrasivpartikeln 27 auf den Grundkörper 11 aufzubringen ist. Zur Erzielung einer gewünschten, insbeson-

dere homogenen, Oberflächenrauhigkeit ist die Partikelquelle 5 gegenüber dem Bauteil 1 beweglich. Die Partikelquelle 5 kann Bewegungen entlang einer horizontalen Achse 31 sowie entlang einer vertikalen Achse 33 relativ zu dem Bauteil 1 ausführen. Weiterhin kann die Partikelquelle 5 Rotationen um eine Rotationsachse 35 ausführen. Die Rotationsachse 35 er- streckt sich senkrecht zu einer von der vertikalen Achse 33 und der horizontalen Achse 31 aufgespannten Ebene. Damit ist der Partikelstrahl 7, welcher aus der Partikelquelle 5 emit- tiert wird, entlang einer Konturlinie 9 auf der Bauteilober- fläche 3 führbar. Insbesondere können unterschiedliche Berei- che auf der Bauteiloberfläche 3 entlang der Konturlinie 9 der materialabtragenden Bearbeitung durch die Abrasivpartikel 27 unterzogen werden. Zur Erzielung einer homogenen Oberflächen- rauhigkeit werden die Strahlparameter hierbei gezielt an die Konturlinie angepaßt. Dies ist in den Figuren 1 bis 3 darge- stellt, die eine chronologische Abfolge der Oberflächenbe- handlung entlang der Konturlinie 9 zeigen. Dabei wird die Partikelquelle 5 relativ zu dem Bauteil 1 so bewegt, daß der Einstrahlabstand d konstant ist. Zugleich wird die Partikel- quelle 5 relativ zu dem Bauteil 1 so bewegt, daß der Ein- strahlwinkel a konstant ist. Dadurch können unterschiedliche Bereiche der Bauteiloberfläche 3 entlang der Konturlinie 9 gleichermaßen behandelt werden. Während in Figur 1 ein konvex gewölbter Bereich der Konturlinie 9 von dem Partikelstrahl 7 behandelt wird, trifft in Figur 2 der Partikelstrahl 7 auf einen konkav gekrümmten Bereich der Konturlinie 9. In Figur 3 findet die materialabtragende Bearbeitung der Bauteiloberflä- che 3 in einem Bereich der Konturlinie 9 statt, die annähernd planar ist. Die Ansteuerung der Partikelquelle 5 erfolgt au- tomatisch. Dabei kann beispielsweise die genaue Bauteilgeome- trie, insbesondere die Bauteiloberfläche, durch ein nicht dargestelltes Meßsystem erfaßt werden und diese Istdaten mit Solldaten verglichen werden. Diese Datensätze können als Ein- gabedaten für ein nicht dargestelltes Steuerungssystem die- nen, welcher die Partikelquelle 5 hinsichtlich der Strahlpa-

rameter relativ zu dem Bauteil 1 ansteuert. Dadurch ist eine automatische Oberflächenbehandlung des Bauteils 1 gegeben.

In Figur 4 ist der Grundkörper 11 aus den Figuren 1 bis 3 dargestellt, wobei auf den Grundkörper 11 eine erste Be- schichtung 15 mit einem ersten Beschichtungsmaterial 17 auf- gebracht wurde. Die erste Beschichtung ist vorzugsweise eine Haftvermittlerschicht und wurde mittels eines physikalischen Aufdampfverfahrens, beispielsweise Elektronenstrahl-Dampfab- scheidung (EB-PVD, Electron Beam Physical Vapor Deposition) oder einem Plasmaspritz-Verfahren aufgebracht. Die erste Be- schichtung 15 weist ein erstes Beschichtungsmaterial 17 auf, welches insbesondere beim Beschichten eines Gasturbinenbau- teils eine Legierung der Art MCrAlX oder ein Aluminid ist.

Durch die erste Beschichtung 15 ist nunmehr eine Bauteilober- fläche 3 des Bauteils 1 an der dem Grundkörper 11 abgewandten Seite der Beschichtung 15 gebildet. Diese Bauteiloberfläche 3 wird nunmehr für das Aufbringen einer zweiten Beschichtung 19 vorbereitet. Hierzu wird die Oberfläche 3 mit Abrasivparti- keln 27 aus der Partikelquelle 5 bestrahlt. Die Abrasivparti- kel 27 werden in einem Partikelstrahl 7 in einem druckbeauf- schlagten Trägermedium 29 mitgeführt. Vorzugsweise wird als Trägermedium 29 Preßluft verwendet. Die Abrasivpartikel 27 treffen auf die. Bauteiloberfläche 3 unter einem Einstrahlwin- kel a auf, welcher dem Einstrahlwinkel a bei der Bestrahlung des Grundkörpers 11 gemäß den Figuren 1 bis 3 entspricht oder von diesem abweicht. Die konkrete Wahl des Einstrahlwin- kels a sowie des Einstrahlabstands d sowie des Drucks durch den das Trägermedium 29 beaufschlagt ist, hängen von der Art des Materials der Abrasivpartikel 27, der Art des ersten Be- schichtungsmaterials 17 sowie beispielsweise noch von einer zu erzielenden Oberflächenrauhigkeit oder Reinigung der Bau- teiloberfläche 3 ab. Bei der materialabtragenden Oberflächen- behandlung der Schicht 15 wird der Partikelstrahl 7 entlang einer Konturlinie 9 derart geführt, daß sich entlang der Kon- turlinie eine zu erzielende, im allgemeinen homogene, Ober- flächenrauhigkeit einstellt. Mit dem Verfahren können insbe-

sondere Konturlinien 9, welche auf gekrümmten Bauteiloberflä- chen 3 vorhanden sind, mit hoher Qualität und Reproduzierbar- keit bearbeitet werden. Von Vorteil ist, daß die erste Be- schichtung 15 bereits mit einem hohen Anbindungsvermögen und einer hohen Zeitstandfestigkeit auf den Grundkörper 11 durch das Verfahren hergestellt wird.

Figur 5 zeigt einen Ausschnitt durch das Erzeugnis 1, wobei auf den Grundkörper 11 neben der ersten Beschichtung 15 noch eine zweite Beschichtung 19 mit einem zweiten Beschichtungs- material 21 aufgebracht ist. Zwischen der zweiten Beschich- tung 19, welche bei einem Bauteil einer Gasturbine vorzugs- weise eine Wärmedämmschicht aus einem Metalloxid oder einem Metallmischoxidsystem ist, beispielsweise teil-oder vollsta- bilisiertes Zirkonoxid, ist eine Oxidschicht 69 als Zwischen- schicht 69 angeordnet. Diese Oxidschicht 35 weist Aluminiu- moxid und/oder Chromoxid auf und kann infolge thermischer Oxidation der ersten Beschichtung 15 gebildet worden sein (thermisch gewachsenes Oxid, TGO) oder wurde in einem Zwi- schenschritt auf die erste Beschichtung 15 aufgebracht. Das Verfahren kann somit bei Schichtsystemen auf Bauteilen 1 mit komplexer Bauteilgeometrie mit komplexer Bauteilgeometrie, insbesondere mit einer gekrümmten Bauteiloberfläche 3 ange- wendet werden. Die Qualität eines Schichtsystems wird dadurch erheblich verbessert.

Figur 6 zeigt in einer perspektivischen Ansicht ein Bau- teil 1, hier eine Turbinenlaufschaufel 23, welche einen Schaufelblattbereich 37 aufweist, der mit einer Beschich- tung 19, einer Wärmedämmschicht, beschichtet ist. Der Schau- felblattbereich 37 wird während des Betriebs der Turbinen- schaufel 23, etwa in einer nicht dargestellten Gasturbine, von einem heißen aggressiven Medium M, insbesondere einem Heißgas M, welches durch Verbrennung eines Brennstoffs ent- steht, umströmt. An den Schaufelblattbereich 37 grenzt einer- seits ein Befestigungsbereich 39 an, in dem die Turbinenlauf- schaufel 23 der Gasturbine befestigt ist, und andererseits

eine Deckplatte 41, die zur Abdichtung der Turbinenlaufschau- fel 23 gegenüber einer weiteren nicht dargestellten Kompo- nente der Gasturbine dient. Die Turbinenlaufschaufel 23 weist eine Bauteiloberfläche 3 auf, welche eine komplexe Bauteil- geometrie mit Bereichen stark unterschiedlichen Krümmungsver- haltens zeigt.

In Figur 7 ist in einer perspektivischen Darstellung ein Bau- teil 1, ein Hitzeschildelement 25 einer nicht dargestellten Brennkammer einer Gasturbine gezeigt. Das Hitzeschildele- ment 25 weist ein Abdeckelement 43 mit einem zentrisch darin angeordneten Verbindungsloch 45 auf. Durch das Verbindungs- loch 45 ist das Abdeckelement 43 über ein nicht dargestelltes Verbindungselement führbar und das Hitzeschildelement 25 an einer nicht dargestellten Wand der Brennkammer befestigbar.

Eine Brennkammer einer Gasturbine ist mit einer Vielzahl sol- cher Hitzeschildelemente 25 ausgekleidet. Ebenso wie die in Figur 6 gezeigte Turbinenlaufschaufel 23, weist das Hitze- schildelement 25 eine komplexe, insbesondere gekrummte, Bau- teiloberfläche 3 auf. Während des Einsatzes des Hitzeschild- elements 25 ist dieses mit der Wärmedämmschicht 19 einem hei- ßen aggressiven Medium M, insbesondere einem Heißgas M, aus- gesetzt.

Figur 8 zeigt schematisch und nicht maßstäblich eine Strahl- anlage 47 zur automatisierten Oberflächenbehandlung eines Bauteils 1. Die Strahlanlage 47 weist eine Strahlkammer 65 auf, in der eine Bauteilhalterung 49 angeordnet ist. Von der Bauteilhalterung 49 ist ein Bauteil 1 aufgenommen. Das Bau- teil 1 weist eine gekrümmte Bauteiloberfläche 3 auf. In der Strahlkammer 65 ist eine erste Partikelquelle 5A sowie eine zweite Partikelquelle 5B angeordnet. Die Partikelquellen 5A, 5B sind so angeordnet, daß sie für einen Bestrahlungsprozeß einander gegenüberliegende Bereiche der Bauteiloberfläche 3 erreichen. Zur Erzeugung eines Partikelstrahls 7A, 7B, der Abrasivpartikel 27 sowie ein Trägermedium 29 aufweist, ist in der Strahlanlage 47 ein Abrasivpartikel-Reservoir 57 sowie

ein Trägermedium-Reservoir 53 vorgesehen. Das Trägermedium- Reservoir 53 versorgt die Partikelquelle 5A, 5B über eine er- ste Versorgungsleitung 51 für Trägermedium 29. Zur Versorgung der Partikelquelle 5A, 5B mit Abrasivpartikeln 27 ist eine Versorgungsleitung 55 für Abrasivpartikel 27 vorgesehen. Dar- über hinaus weist die Strahlkammer 65 ein Abströmsystem 59 auf. Das Abströmsystem 59 ist beispielsweise als Saugeinrich- tung ausgestattet. Auf diese Weise kann im wesentlichen die gesamte Menge der abrasiv wirkenden Abrasivpartikel 27 wie- dergewonnen werden und erneut für eine Bestrahlung verwendet werden. Die Abrasivpartikel 27 können hierbei aus Gußeisen, Stahl, aus synthetischem Korund (Aluminiumoxid, A1203), Sili- ciumkarbid oder Silikatsand hergestellt sein. Daneben sind Abrasivpartikel 27 aus Legierungen oder intermetallischen Verbindungen möglich. Die Partikelquelle 5A, 5B und die Bau- teilhalterung 49 mit dem Bauteil 1 sind relativ zueinander beweglich. Beispielsweise ist die Partikelquelle 5A, 5B mehrachsig gegenüber dem ruhenden Bauteil 1 beweglich. Ande- rerseits ist das Bauteil 1 über die Bauteilhalterung 49 ge- genüber der Partikelquelle 5A, 5B mehrachsig beweglich. Ins- besondere ist die Bauteilhalterung 49 mit dem Bauteil 1 um eine vertikale Drehachse 67 drehbar angeordnet. Dies ist vor allem für die materialabtragende Oberflächenbehandlung von rotationssymmetrischen Bauteilen 1 sehr vorteilhaft. Zur au- tomatisierten Oberflächenbehandlung des Bauteils 1 ist die Strahlanlage 47 mit einem Steuersystem 61 ausgestattet. Die Partikelquelle 5A, 5B sowie die Bauteilhalterung 49 sind über jeweilige Steuersignalleitungen 63A, 63B, 63C mit dem Steuer- system 61 verbunden. Auf diese Weise ist eine automatisierte Steuerung der Bewegung von Bauteil 1 und Partikelquelle 5A, 5B möglich. Insbesondere sind die relevanten Strahlparameter der Partikelquelle 5A, 5B automatisch steuerbar, so daß zur Herstellung einer vorzugsweise homogenen Bauteiloberfläche 3 in einem Abstrahlprozeß der Einstrahlabstand d sowie der Ab- strahlwinkel a entlang einer Konturlinie 9A, 9B auf der Bau- teiloberfläche 3 einen vorgebbaren, vorzugsweise konstanten, Wert einnimmt. Durch die Ausstattung der Strahlanlage 47 mit

mehreren Partikelquellen 5A, 5B ist eine simultane Oberflä- chenbehandlung des Bauteils 1 entlang verschiedener Konturli- nien 9A, 9B auf der Bauteiloberfläche 3 möglich.

Bei einem Verfahren zur Oberflächenbehandlung des Bauteils 1 in der automatisierten Strahlanlage 47 wird die Partikel- quelle 5A, 5B uber die Reservoire 53,57 mit Abrasivparti- keln 27 sowie mit Trägermedium 29, insbesondere Preßluft 29, versorgt. Durch den mittels der Partikelquellen 5A, 5B er- zeugte Partikelstrahl 7A, 7B, welcher durch die Strahlparame- ter Einstrahlabstand d, Einstrahlwinkel a und Einstrahldauer charakterisiert ist, wird Material von der Bauteiloberflä- che 3 entlang einer Konturlinie 9A, 9B auf der Bauteilober- fläche 3 abgetragen. Die Strahlparameter werden gezielt so an die Konturlinie 9A, 9B angepaßt, daß sich entlang der Kontur- linie 9A, 9B eine vorgegebene, vorzugsweise homogene, Ober- flächenrauhigkeit einstellt. Dabei erfolgt die Anpassung der Strahlparameter automatisch über das Steuersystem 61, welches die Relativbewegung des Bauteils 1 und der Partikelquel- len 5A, 5B steuert. Besonders günstig ist die Betriebsweise, bei der die Partikelquelle 5A, 5B relativ zum Bauteil 1 so bewegt wird, daß der Einstrahlabstand d sowie der Einstrahl- winkel a konstant sind. Das Steuersystem 61 sorgt für die präzise Positionierung und Ansteuerung von Bauteil 1 und der Partikelquelle 5A, 5B. Dadurch ist die Oberflächenbehandlung von Bauteilen 1 mit komplexer Geometrie, insbesondere mit ge- krümmter Bauteiloberfläche 3, mit hoher Qualität und Reprodu- zierbarkeit möglich. Dies ist vor allem für eine Serienferti- gung von Bauteilen 1 und deren Oberflächenbehandlung von gro- ßem Vorteil.

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Bauteilober- fläche eines Bauteils, welche insbesondere Bereiche unter- schiedlicher Krümmung aufweist, zur Oberflächenbehandlung des Bauteils mit abrasiv wirkenden Partikeln bestrahlt wird. Da- durch wird eine Glättung und/oder eine Reinigung mit gegebe- nenfalls einer Aktivierung der Bauteiloberfläche erzielt. Das

Verfahren ist zur Bearbeitung des Grundkörpers eines Bauteils geeignet sowie zu einer Vorabbearbeitung eines zu beschich- tenden Bauteils. Insbesondere ist das Verfahren in ein Ver- fahren zur Herstellung eines Schichtsystems auf einem Grund- körper eines Bauteils integrierbar. Die materialabtragende Bearbeitung der Bauteiloberfläche ist gezielt an die Geome- trie des Bauteils angepaßt, wodurch eine homogene Oberflä- chenbehandlung erreicht ist.