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Title:
METHOD FOR PRODUCING A COMPONENT, CAPSULE FOR HOT ISOSTATIC PRESSING AND COMPONENT ARRANGEMENT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/192633
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for producing a component (2) with at least one recess (3, 6) opened to one surface (4) of the component (2) comprising the steps: i) forming a capsule (1) for hot isostatic pressing of the component (2) by chemically coating the component (2) and ii) hot isostatic pressing of the component (2).

Inventors:
DERNTL RUDOLF (AT)
SCHÄFER KONRAD (DE)
SCHOLZ PETER (DE)
Application Number:
PCT/DE2018/100311
Publication Date:
October 10, 2019
Filing Date:
April 06, 2018
Export Citation:
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Assignee:
HERMLE MASCHB GMBH (DE)
International Classes:
C23C18/16; B30B11/00; C23C18/34; C23C18/36
Domestic Patent References:
WO2015057761A12015-04-23
Foreign References:
EP3165305A12017-05-10
US20180057942A12018-03-01
CN107381555A2017-11-24
JPH04309495A1992-11-02
DE102015216802A12017-03-02
DE102016206105A12017-10-12
CN101745793A2010-06-23
DE102016206105A12017-10-12
Attorney, Agent or Firm:
HOEFER & PARTNER PATENTANWÄLTE MBB (DE)
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Claims:
Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines Bauteils (2) mit mindestens einer zu einer Oberfläche (4) des Bauteils (2) geöffneten Aussparung (3, 6) umfassend die Schritte:

Bilden einer Kapsel (1) für heiß isostatisches Pressen des Bauteils (2) durch chemisches Beschichten des Bauteils (2) und

heiß isostatisch Pressen des Bauteils (2).

2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Kapsel (1) durch Abscheiden von Nickel und Phosphor oder von Nickel und Bor gebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei ein Gehalt an Phosphor, bezogen auf die abgeschiedene Gesamtmasse an Nickel und Phosphor 1 bis 3 Masse% beträgt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend vor dem heiß isostatischen Pressen eine Wärmebehandlung in einem Temperaturbereich von 300 bis 450 °C, insbesondere in einem Temperaturbereich von 350 bis 400 °C.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Wärmebehandlung über einen Zeitraum von etwa ein bis zwei Stunden ausgeführt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kapsel (1) mit einer Schichtdicke (S) in einem Bereich von 1 bis 200 pm, insbesondere in einem Bereich von 10 bis 100 pm und insbesondere in einem Bereich von 20 bis 50 pm, gebildet wird.

7. Kapsel (1) für heiß isostatisches Pressen eines Bauteils (2) mit mindestens einer zu einer Oberfläche (4) des Bauteils (2) geöffneten Aussparung (3, 6), wobei die Kapsel (1) chemisch abgeschieden ist.

8. Kapsel (1) nach Anspruch 7, wobei die Kapsel (1) Nickel und Phosphor oder Nickel und Bor enthält und insbesondere Ni3P oder Ni3B und daneben ggf. elementares Nickel enthält.

9. Kapsel (1) nach Anspruch 8, wobei die Kapsel (1) eine Schichtdicke (S) in einem Bereich von 1 bis 200 pm, insbesondere in einem Bereich von 10 bis 100 pm und

insbesondere in einem Bereich von 20 bis 50 pm, aufweist.

10. Bauteilanordnung (10) umfassend ein Bauteil (2) mit mindestens einer zu einer Oberfläche (4) des Bauteils (2) geöffneten Aussparung (3, 6) und eine Kapsel (1) für heiß isostatisches Pressen, wobei die Kapsel (1) für das heiß isostatische Pressen des Bauteils (2) auf den Oberflächen (5) der Aussparung (3, 6) gebildet ist.

11. Bauteilanordnung (10) nach Anspruch 10, wobei die Kapsel (1) auf allen von außerhalb des Bauteils zugänglichen Oberflächen (4) des Bauteils (2) gebildet ist.

12. Bauteilanordnung (10) nach Anspruch 10 oder 11 , wobei die Kapsel (1) durch chemisches Abscheiden, insbesondere durch chemisches Abscheiden von Nickel und Phosphor oder von Nickel und Bor gebildet ist.

13. Bauteilanordnung (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Kapsel (1) aus Ni3P oder Ni3B und daneben ggf. aus elementarem Nickel gebildet ist.

14. Bauteilanordnung (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die Kapsel (1) eine Schichtdicke (S) in einem Bereich von 1 bis 200 pm, insbesondere in einem Bereich von 10 bis 100 pm und insbesondere in einem Bereich von 20 bis 50 pm, aufweist.

Description:
Verfahren zur Herstellung eines Bauteils, Kapsel für heiß

isostatisches Pressen und Bauteilanordnung

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit mindestens einer zu einer Oberfläche des Bauteils geöffneten Aussparung. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung auch eine Kapsel für heiß isostatisches Pressen sowie eine Bauteilanordnung, die ein Bauteil mit mindestens einer zu einer Oberfläche des Bauteils geöffneten Aussparung und eine Kapsel für heiß isostatisches Pressen umfasst.

Aus dem Stand der Technik sind Verfahren zur Herstellung von Bauteilen unter Anwendung von heiß isostatischem Pressen (HIP) bekannt. So beschreibt DE 10 2016 206 105 A1 die Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks durch HIP. In dem Verfahren wird in Vorbereitung des HIP-Verfahrens durch einen pulvermetallurgischen Prozess und anschließende Bestrahlung mit energiereicher Strahlung eine Kapsel (Wandung) gebildet. Diese pulvermetallurgischen Prozesse sind sehr aufwendig und kostenintensiv. Zudem lässt sich auf diese Weise aufgrund der Unzugänglichkeit nur sehr schlecht eine Kapsel für HIP in Aussparungen, wie z.B. Kanälen im Werkstück, erzeugen, was zu Verformungen oder Schäden am Werkstück während des HIP führen kann. Auch ist die energiereiche Strahlung nur schwierig in Aussparungen eintragbar, insbesondere wenn diese verwinkelt sind und unter der Oberfläche des Werkstücks verlaufen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit mindestens einer zu einer Oberfläche des Bauteils geöffneten Aussparung anzugeben, das leicht umsetzbar ist und die geometrischen Dimensionen der Aussparung schützt. Darüber hinaus ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Kapsel für heiß isostatisches Pressen bereitzustellen, die die Durchführung eines HIP-Verfahrens erleichtert und die Herstellung eines Bauteils mit mindestens einer zu einer Oberfläche des Bauteils geöffneten Aussparung ermöglicht. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Bauteilanordnung anzugeben, in der das Bauteil mindestens eine zu einer Oberfläche des Bauteils geöffnete Aussparung mit stabilisierten Dimensionen umfasst.

Die Lösung dieser Aufgaben erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Die abhängigen Ansprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zum Inhalt.

Somit wird ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit mindestens einer zu einer Oberfläche des Bauteils geöffneten Aussparung beschrieben. Das Bauteil ist im Einzelnen nicht beschränkt und kann vorteilhafterweise als Stahlbauteil ausgebildet sein. Das Bauteil weist mindestens eine Aussparung auf. Unter einer Aussparung wird im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Kavität, ein Hohlraum oder eine sonstige Ausnehmung verstanden, die so in dem Bauteil vorgesehen ist, dass sie mindestens teilweise unterhalb der Oberfläche des Bauteils verläuft, jedoch mindestens eine Öffnung zu einer oder zu mehreren Oberflächen des Bauteils aufweist.

In einer beispielhaften Ausgestaltung ist die Aussparung in Form eines im Bauteil gebildeten Kanals ausgeführt. Der Kanal kann z.B. als ein Medium führender Kanal verwendet werden, wobei das Medium z.B. ein Gas oder eine Flüssigkeit, wie z.B. ein Kühlmedium oder eine Hydraulikflüssigkeit, sein kann. Hierzu ist der Kanal zu mindestens einer Oberfläche des Bauteils geöffnet, d.h., der Kanal hat über die Oberfläche des Bauteils mindestens einen Zugang, so dass z.B. Gase oder Flüssigkeiten in den Kanal eingebracht werden können. Um ein Durchströmen des Kanals mit Medium zu ermöglichen, kann der Kanal vorteilhaft mindestens zwei Öffnungen aufweisen, die sich zu derselben Oberfläche des Bauteils oder zu unterschiedlichen Oberflächen des Bauteils öffnen. Die Form, Dimensionierung und Gestalt des Kanals und damit der Aussparung, sind im Einzelnen nicht beschränkt und richten sich nach dem Verwendungszweck der Aussparung.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst zunächst einen Schritt des Bildens einer Kapsel für heiß isostatisches Pressen des Bauteils. Die Kapsel für das heiß isostatische Pressen zur Herstellung des Bauteils wird erfindungsgemäß durch chemisches Beschichten des Bauteils gebildet. Unter chemischem Beschichten wird hierbei ein Beschichtungsprozess unter Anwendung einer insbesondere gasförmigen oder flüssigen Beschichtungszusammensetzung verstanden, mit der das Bauteil versetzt wird. Dies erfolgt besonders vorteilhaft in einem Tauchbad, das die Beschichtungszusammensetzung enthält. Die Beschichtungszusammensetzung kann dabei bereits das Material, aus dem die Kapsel gebildet wird in seiner Endform enthalten oder aber in einer Vorform, die durch nachgeschaltete oder parallel mit dem Beschichtungsprozess ablaufende Prozessschritte in die Endform umgewandelt wird. Durch den Beschichtungsprozess wird das Bauteil mit der Beschichtungszusammensetzung umgeben und insbesondere umströmt. Durch die Strömungseigenschaften und/oder durch Diffusionsprozesse gelangt die Beschichtungszusammensetzung dabei nicht nur an die Oberfläche des Bauteils sondern dringt über die Öffnung zu mindestens einer Oberfläche des Bauteils auch in die Aussparung ein, so dass nicht nur alle frei an der äußeren Oberfläche des Bauteils vorliegenden Bereiche beschichtet werden, sondern alle von außerhalb des Bauteils zugänglichen Bereiche, und damit insbesondere auch die Aussparung, also insbesondere die die Aussparung bildende Wandung. Erfindungsgemäß wird die Kapsel somit auf allen von außerhalb des Bauteils zugänglichen Oberflächen gebildet.

Im Anschluss an das Bilden der Kapsel erfolgt das heiß isostatische Pressen des Bauteils. Das HIP-Verfahren wird unter Anwendung üblicher Parameter ausgeführt. Insbesondere wird die Temperatur während des HIP-Verfahrens so gewählt, dass ein Schmelzen der Kapsel verhindert wird.

Dadurch dass nicht nur die Oberfläche des Bauteils von der Kapsel umgeben wird, sondern auch die Aussparung, also die Wandung der Aussparung, kann durch das erfindungsgemäße Verfahren das Bauteil in seiner Gesamtgestalt während des HIP stabilisiert werden. Einem Eindrücken oder Einsinken des Bauteils in die Aussparung durch den während des HIP- Verfahrens angewendeten Druck wird vorgebeugt, bzw. wird effektiv verhindert. Durch das chemische Beschichten können ferner Risse oder Poren, die z.B. während der Herstellung des Bauteils gebildet wurden, verschlossen werden. Unerwünschte Öffnungen, wie eben solche Risse oder Beschädigungen des Bauteils, werden durch das Bilden der Kapsel für das HIP durch chemisches Beschichten abgedichtet. Dies führt auch zu einer deutlichen Verbesserung der Qualität des Bauteils. Zudem wird die Aussparung in ihrer Form und Ausgestaltung stabilisiert, so dass bei Verwendung des Bauteils etwaige in die Aussparung gelangende oder zu transportierende Flüssigkeiten, Gase oder auch Feststoffe in der Aussparung verbleiben, ohne in unerwünschte Öffnungen, Risse oder Einkerbungen des Bauteils einzudringen.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird die Kapsel durch Abscheiden von Nickel und Phosphor oder von Nickel und Bor gebildet. Ein Gehalt an Nickel im Material der Kapsel ist vorteilhaft im Lichte einer Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit des Bauteils, insbesondere wenn das Bauteil ein Stahlbauteil ist. Das Nickel kann dabei als reines Nickel und daneben in Kombination mit Bor oder Phosphor abgeschieden werden. Insbesondere die Kombination mit Phosphor bzw. Bor bewirkt eine zusätzliche Korrosionsstabilität der Kapsel. Die Kombination aus Nickel und Bor oder Nickel und Phosphor wird vorteilhaft in Form von Schichten unter Verwendung einer oder mehrerer Beschichtungszusammensetzungen abgeschieden, wobei Nickel z.B. als Nickelsalz, insbesondere als Nickelsulfat, Phosphor z.B. als Natriumhypophosphit und Bor als NaBH 4 eingesetzt werden kann. Durch Reduktion des Nickels in dem Nickelsulfat werden elementares Nickel und elementarer Phosphor bzw. elementares Bor gebildet. Das elementare Nickel, der elementare Phosphor bzw. das elementare Bor können ferner miteinander zu Mischverbindungen reagieren, insbesondere unter Temperatureinwirkung. Eine Bildung von Mischverbindungen aus Nickel und Phosphor ist insbesondere von Vorteil, da somit der Phosphor in gebundener Form vorliegt, was die Prozesssicherheit erhöht. Neben den Mischphasen kann Nickel in elementarer Form abgeschieden werden und bindet sodann die Mischphasen.

Eine dieser vorteilhaft gebildeten Mischverbindungen hat einen Gehalt an Phosphor, bezogen auf die abgeschiedene Gesamtmasse an Nickel und Phosphor, von 1 bis 3 Masse%. Durch eine Kapsel mit dieser Zusammensetzung an Nickel und Phosphor wird ein besonders guter Schutz vor Hochtemperaturkorrosion erzielt.

Um die Prozesssicherheit bei gleichzeitiger Verbesserung der Hochtemperaturkorrosionsbeständigkeit zu erhöhen, ist gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung vorgesehen, dass das Verfahren ferner vor dem heiß isostatischen Pressen eine Wärmebehandlung in einem Temperaturbereich von 300 bis 450 °C, insbesondere in einem Temperaturbereich von 350 bis 400 °C, umfasst. Durch diese Wärmebehandlung kann vor dem eigentlichen HIP bereits eine Stabilisierung der Kapsel auf dem Bauteil erzielt werden. Dies ist insbesondere bei Verwendung von Nickel und Phosphor als Kapselmaterial vorteilhaft, da durch die gezielte Wärmebehandlung bei niedrigen Temperaturen stabile Mischphasen aus Nickel und Phosphor gebildet werden, wie insbesondere Ni 3 P. Der Phosphor wird hierdurch während des HIP aufgrund des angewendeten Drucks so stabilisiert, dass er in der festen Phase verbleibt.

Die Wärmebehandlung wird vorzugsweise über einen Zeitraum von etwa ein bis zwei Stunden ausgeführt, was vorteilhaft in Bezug auf die Stabilisierung der Kapsel auf dem Bauteil ist und die Prozesskosten nicht wesentlich erhöht.

Um eine besonders gute Stabilisierung des Bauteils für den HIP-Prozess zu ermöglichen, wird eine Schichtdicke der Kapsel entsprechend ausgewählt. Hierbei kann die Schichtdicke der Kapsel auch mit dem Kapselmaterial variieren. Vorteilhaft wird die Kapsel mit einer Schichtdicke in einem Bereich von 1 bis 200 pm, insbesondere von 10 bis 100 pm und insbesondere in einem Bereich von 20 bis 50 pm, gebildet. Niedrige Schichtdicken, durch die Material für die Kapsel eingespart werden kann, sind dann möglich, wenn sie gasdicht sind.

Ebenfalls erfindungsgemäß wird auch eine Kapsel für heiß isostatisches Pressen eines Bauteils mit mindestens einer zur Oberfläche des Bauteils geöffneten Aussparung offenbart. Die Kapsel ist durch chemisches Abscheiden gebildet. Dies bedeutet, dass insbesondere die Kapsel, also das Material der Kapsel, chemisch abgeschieden ist, wobei das Material der Kapsel zunächst auch in Vorläuferform vorliegen kann, die anschließend in die Endform, aus dem die Kapsel für das HIP final gebildet ist, umgewandelt wird. Durch das chemische Abscheiden der Kapsel kann auch in der Aussparung selbst Kapselmaterial abgeschieden werden. Hierdurch kann die Aussparung in ihrer Form, Dimensionierung und Gestalt effektiv stabilisiert werden. Die Kapsel ist an allen von außerhalb des Bauteils zugänglichen Oberflächen, und insbesondere in der Aussparung vorhanden und kann durch eine sehr einfache Prozessführung ausgebildet werden. Auch können durch die chemisch abgeschiedene Kapsel Risse, Einkerbungen und Unebenheiten im Bauteil abgedichtet, geschlossen bzw. ausgeglichen werden.

Bezüglich der Definitionen, Vorteile, vorteilhaften Effekte und Ausführungsformen wird ergänzend Bezug genommen auf die entsprechenden Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit mindestens einer zu einer Oberfläche des Bauteils geöffneten Aussparung. Vielmehr finden die Ausführungsformen wechselseitig Anwendung.

Vorteilhafterweise enthält die Kapsel Nickel und Phosphor oder Nickel und Bor. Durch einen Gehalt an Nickel kann die Kapsel besonders korrosionsstabil ausgebildet werden. Insbesondere zur Verbesserung der Hochtemperaturkorrosionsstabilität enthält die Kapsel Nickel und Phosphor bzw. Nickel und Bor, und liegt insbesondere in Form der Phasen Ni 3 P oder Ni 3 B vor, die sich durch eine gute chemische Stabilität auszeichnen. Neben den vorstehend genannten Mischphasen kann Nickel auch in elementarer Form vorliegen und bindet dann die Mischphasen. Der Phosphor ist dabei während des HIP aufgrund des angewendeten Drucks so stabilisiert, dass er in der festen Phase verbleibt.

Zur Verbesserung der Stabilität des Bauteils während eines HIP-Prozesses, und insbesondere zur Stabilisierung der Aussparung in dem Bauteil, weist die Kapsel eine Schichtdicke in einem Bereich von 1 bis 200 pm, insbesondere von 10 bis 100 pm und insbesondere in einem Bereich von 20 bis 50 pm, auf.

Ferner erfindungsgemäß wird auch eine Bauteilanordnung beschrieben. Die erfindungsgemäße Bauteilanordnung umfasst ein Bauteil mit mindestens einer zu einer Oberfläche des Bauteils geöffneten Aussparung und eine Kapsel für heiß isostatisches Pressen (HIP), wobei die Kapsel für das heiß isostatische Pressen des Bauteils auf den Oberflächen der Aussparung gebildet ist.

Das in der Bauteilanordnung enthaltene Bauteil ist im Einzelnen nicht beschränkt. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Bauteil um ein Stahlbauteil. Dabei kann das Bauteil durch gängige Verfahren hergestellt werden. Insbesondere ist das Bauteil ein durch ein generatives Verfahren, wie beispielsweise ein Spritzverfahren, und hierunter insbesondere ein Kaltgasspritzverfahren, hergestelltes Bauteil.

Das Bauteil weist mindestens eine Aussparung, also eine Kavität, einen Hohlraum, Kanal oder eine sonstige Ausnehmung auf, die teilweise im Inneren des Bauteils verläuft, jedoch mindestens eine Öffnung aufweist, die zu einer Oberfläche des Bauteils führt. Insbesondere handelt es sich bei der Aussparung um einen Kanal, der mindestens teilweise unterhalb der Oberfläche des Bauteils verläuft und an mindestens einer Oberfläche des Bauteils eine Öffnung, also einen Zugang, aufweist. Die Oberflächen der Aussparung weisen eine Kapsel für HIP auf. Erfindungsgemäß werden unter den Oberflächen der Aussparung diejenigen Begrenzungen bzw. Wandungen der Aussparung verstanden, die durch das Vorsehen der Aussparung in dem Bauteil gebildet sind, also diejenigen Flächen, die den durch die Aussparung gebildeten Freiraum umgeben. Mit anderen Worten umgibt die Kapsel zumindest den Freiraum und ist auf den den Freiraum umgebenden Flächen angeordnet. Dies ist insbesondere zur Reduktion von Kapsel material vorteilhaft und für den HIP Prozess ausreichen, insbesondere wenn das Bauteil gasdicht ist.

Wird die Bauteilanordnung einem HIP-Verfahren zugeführt, wird die Aussparung somit in Form, Gestalt und Dimensionierung vor einem Einsinken oder Einbrechen aufgrund des anzuwendenden Drucks und/oder der anzuwendenden Temperatur geschützt. Erfindungsgemäß kann also ein Bauteil mit mindestens einer zu einer Oberfläche des Bauteils geöffneten Aussparung durch Anwendung eines HIP-Verfahrens bereitgestellt werden, das sich durch eine einfache Struktur und sehr gute Stabilität auszeichnet. Zudem werden durch das Vorsehen der Kapsel etwaige Risse, Einkerbungen oder sonstige Oberflächendefekte geschlossen und abgedichtet, so dass nach Anwendung eines HIP- Verfahrens ein Bauteil mit hoher qualitativer Güte erhalten werden kann.

Bezüglich der einzelnen Komponenten, der Vorteile, vorteilhaften Effekte und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Bauteilanordnung wird ergänzend Bezug genommen auf die entsprechenden Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Bauteils sowie der erfindungsgemäßen Kapsel für heiß isostatisches Pressen. Die erfindungsgemäße Kapsel ist ferner dazu geeignet, in der erfindungsgemäßen Bauteilanordnung verwendet zu werden. Folglich finden auch die Ausführungsformen jeweils wechselseitig Anwendung.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Bauteilanordnung sieht vor, dass die Kapsel auf allen von außerhalb des Bauteils zugänglichen Oberflächen des Bauteils gebildet ist. Somit kann das Bauteil während des HIP-Verfahrens von allen Seiten stabilisiert werden. Ferner können durch die Herstellung, den Transport oder die Lagerung in dem Bauteil vorhandene Risse, Einkerbungen oder anderweitige Oberflächendefekte geschlossen, begradigt und/oder abgedichtet werden.

Durch die weitere vorteilhafte Weiterbildung, in der die Kapsel durch chemisches Abscheiden gebildet ist, kann die Qualität des aus der Bauteilanordnung erhaltenen Bauteils gefördert werden. Zudem kann nicht nur die Aussparung sondern das gesamte Bauteil während eines anzuwendenden HIP-Verfahrens durch die Kapsel geschützt werden, so dass Form, Gestalt und Dimensionierung des Bauteils erhalten bleiben.

Insbesondere ist die Kapsel durch chemisches Abscheiden von Nickel und Phosphor oder von Nickel und Bor gebildet, da hierdurch die Korrosionsstabilität und bei einem chemischen Abscheiden von Nickel und Phosphor bzw. Nickel und Bor insbesondere die Hochtemperaturkorrosionsstabilität eines durch die Weiterverarbeitung der Bauteilanordnung erhaltenen Bauteils, verbessert wird.

Aufgrund der hohen Stabilität sowohl gegenüber anzuwendenden Temperaturen als auch gegenüber Korrosion, ist die Kapsel vorzugsweise aus Ni 3 P oder Ni 3 B gebildet. Daneben kann Nickel auch in elementarer Form vorliegen und bindet die vorstehend benannten Mischphasen.

Eine besonders gute Stabilität der Bauteilanordnung während eines anzuwendenden HIP- Verfahrens kann durch die vorteilhafte Weiterbildung erzielt werden, in der die Kapsel eine Schichtdicke in einem Bereich von 1 bis 200 pm, insbesondere von 10 bis 100 pm und insbesondere in einem Bereich von 20 bis 50 pm, aufweist.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung von Verfahrensschritten eines Verfahrens zur Herstellung eines Bauteils mit mindestens einer zu einer Oberfläche des Bauteils geöffneten Aussparung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine Schnittansicht einer Kapsel für heiß isostatisches Pressen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 3 eine Schnittansicht einer Bauteilanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Die vorliegende Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Figuren sind nur die wesentlichen Merkmale der Erfindung dargestellt. Alle übrigen Merkmale sind der Übersichtlichkeit halber weggelassen. Ferner beziffern gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente. Im Detail zeigt Figur 1 Verfahrensschritte eines Verfahrens zur Herstellung eines Bauteils mit mindestens einer zu einer Oberfläche des Bauteils geöffneten Aussparung. Das Bauteil kann vorteilhafterweise als Stahlbauteil ausgeführt sein. Die Aussparung ist im Einzelnen nicht beschränkt und kann als Ausnehmung, Hohlraum, Kanal oder jegliche anderweitige Kavität ausgebildet sein. Die Aussparung ist ein durch beispielsweise ein spanabhebendes Verfahren gebildeter Freiraum, also explizit keine im Material des Bauteils gebildete Pore. Ein Bauteil mit einer Aussparung kann auch durch ein generatives Verfahren, beispielsweise einen Spritzprozess, wie z.B. Kaltgasspritzen, hergestellt werden.

In Verfahrensschritt 100 wird eine Kapsel für heiß isostatisches Pressen des Bauteils gebildet. Dies erfolgt durch chemisches Beschichten des Bauteils mit dem Kapselmaterial oder mit einem Vorläufer des Kapselmaterials, beispielsweise durch Tauchen des Bauteils in ein Tauchbad, das mit einer Beschichtungszusammensetzung gefüllt ist, die das sich später abscheidende Kapselmaterial oder dessen Vorläufer enthält. Alternativ kann die Kapsel auch durch Abscheiden des Kapselmaterials aus der Gasphase gebildet werden.

Weitere Verfahrensschritte, wie z.B. ein Trocknen der Beschichtungszusammensetzung, können sich anschließen.

Durch das chemische Beschichten des Bauteils werden nicht nur die das Bauteil umgebenden Oberflächen beschichtet, sondern insbesondere auch die Wandungen der Aussparung, also die im Inneren des Bauteils einen Freiraum umgebenden Flächen. Dies ist insbesondere durch die Ausführungsform möglich, in der das Bauteil in ein Tauchbad mit Beschichtungszusammensetzung getaucht wird. Alternativ können das Bauteil und die Aussparung auch mit einem gasförmigen oder flüssigen Kapselmaterial oder Kapselmaterialvorläufer umströmt bzw. durchströmt werden. Somit werden alle von außerhalb des Bauteils zugänglichen Oberflächen beschichtet.

In Verfahrensschritt 200 erfolgt eine Wärmebehandlung in einem Temperaturbereich von 300 bis 450 °C. Hierdurch kann das Kapsel material sehr gut auf den Oberflächen des Bauteils anhaften. Dieser Verfahrensschritt ist insbesondere geeignet, wenn das Kapselmaterial Nickel und Phosphor umfasst, da auf diese Weise aus Nickel und Phosphor u.a. die stabile Phase Ni 3 P gebildet wird. Ein Freisetzen von Phosphor während des weiteren Verfahrensverlaufs wird durch Anwendung von Druck während des HIP somit effektiv verhindert.

In Verfahrensschritt 300 erfolgt ein heiß isostatisches Pressen (HIP) des Bauteils. HIP- Verfahren sowie entsprechend einzuhaltende Parameter sind aus dem Stand der Technik bekannt, so dass es hierzu keiner weiteren Erklärung bedarf. Die Parameter werden entsprechend der chemischen Natur des Bauteils und der Kapsel ausgewählt. Figur 2 zeigt eine Kapsel für heiß isostatisches Pressen 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Zur besseren Veranschaulichung ist die Kapsel 1 zusammen mit einem Bauteil 2 gezeigt. Das Bauteil 2 weist eine Aussparung 3 auf, die in Form einer länglichen Vertiefung im Bauteil 2 gebildet ist und zu einer Oberfläche 4 des Bauteils 2 geöffnet ist.

Das Bauteil 2 ist insbesondere ein Stahlbauteil, das durch ein generatives Verfahren, wie z.B. ein Spritzverfahren, mit der Ausnehmung 3 gebildet wurde. Anschließend wurde die Kapsel 2 gebildet, und zwar durch chemisches Abscheiden des Materials der Kapsel 1. Bei dem Material der Kapsel 1 kann es sich bereits um die Endform der Kapsel 1 handeln, es kann aber auch ein Vorläufer des Materials der Kapsel 1 chemisch abgeschieden und anschließend in die Endform umgewandelt werden.

Die Kapsel 1 enthält vorzugsweise Nickel und Phosphor oder Nickel und Bor, um die Korrosionsbeständigkeit des Bauteils 2 zu verbessern. Insbesondere ist die Kapsel 1 aus Ni 3 P oder Ni 3 B und ggf. daneben elementarem Nickel, gebildet, wodurch auch die Hochtemperaturkorrosionsbeständigkeit verbessert wird.

Die Kapsel 1 ist auf der Oberfläche 4 des Bauteils 2 sowie auch auf den Oberflächen 5 der Aussparung 3 gebildet. Somit ist die Kapsel 1 auf allen von außerhalb des Bauteils 2 zugänglichen Oberflächen gebildet, so dass das Bauteil 2 während des Ausführens eines HIP-Verfahrens stabilisiert wird. Insbesondere wird die Aussparung 3 in ihrer Form, Gestalt und Dimensionierung so stabilisiert, dass ein Einsinken oder Eindrücken unter Beeinträchtigung der Aussparung 3 verhindert wird. Hierzu ist es von Vorteil, wenn eine Schichtdicke S der Kapsel 1 in einem Bereich von 1 bis 200 pm liegt. Die Schichtdicke S wird dabei senkrecht zur Applikationsfläche gemessen.

Figur 3 zeigt eine Bauteilanordnung 10, die ein Bauteil 2 und eine Kapsel 1 für heiß isostatisches Pressen umfasst. Das Bauteil 2 ist insbesondere ein durch ein generatives Verfahren hergestelltes Stahlbauteil. Das Bauteil 2 weist zwei Aussparungen 3 und 6 auf. Die Aussparung 3 weist zwei Öffnungen zu einer Oberfläche 4 des Bauteils 2 auf, so dass sich ein Kanal ergibt, der von zwei Seiten zugänglich ist, nämlich von den beiden Öffnungen zur Oberfläche 4 des Bauteils 2.

Die Aussparung 6 ist im Inneren des Bauteils 2 gebildet und weist ebenfalls mindestens eine zu einer Oberfläche des Bauteils 2 führende Öffnung auf.

Auf den jeweiligen Oberflächen 5 der Ausnehmungen 3 und 6 ist die Kapsel 1 für das heiß isostatische Pressen des Bauteils 2 gebildet. Unter den Oberflächen 5 der Ausnehmungen 3 und 6 werden die jeweiligen Wandungen des Bauteils 2 verstanden, die den Freiraum der Aussparungen 3, 6 umgeben. Die Kapsel 1 kann wie in Figur 2 dargestellt ausgebildet sein, insbesondere durch chemisches Abscheiden des Kapselmaterials, das insbesondere Nickel und Phosphor oder Nickel und Bor enthält.

In einem sich anschließenden HIP-Verfahren werden insbesondere die Aussparungen 3 und 6 vor einwirkendem Druck geschützt, so dass die Aussparungen 3, 6 in Form, Gestalt und

Dimensionierung erhalten bleiben.

Neben der vorstehenden schriftlichen Beschreibung der Erfindung wird zu deren ergänzender Offenbarung hiermit explizit auf die zeichnerische Darstellung der Erfindung in den Fig. 1 bis 3 Bezug genommen.

Bezugszeichenliste

1 Kapsel für heiß isostatisches Pressen

2 Bauteil

3 Aussparung

4 Oberfläche des Bauteils

5 Oberfläche der Aussparung

6 Aussparung

10 Bauteilanordnung

100-300 Verfahrensschritte

S Schichtdicke der Kapsel