Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer verschleißfesten Beschichtung auf einem Bauteil, insbesondere auf einem Gasturbinenbauteil, beispielsweise auf der Schaufelspitze einer Laufschaufel eines Verdichters oder einer Turbine.

Unterschiedliche Bauteile werden zum Schutz ihrer Oberfläche gegen Verschleiß oder Korrosion, zur Wärmedämmung der darunter liegenden Bauteilzonen oder zur Verbesserung ihrer Temperatur- und/oder Verschleißfestigkeit mit hierfür geeigneten Materialien, beispielsweise Metallen, Metalllegierungen, Keramiken, Verbundwerkstoffe oder sogenannten Hartstoffschichten beschichtet. Schutzschichten mit verschleißfesten Oberflächen bzw. Eigenschaften dienen insbesondere zur Beschichtung von Schaufelspitzen und werden üblicherweise als Schaufelspitzenpanzerung bezeichnet. Bei den Spitzen von Turbinenschaufeln wird häufig der Spitzenbereich mit einer Schleifteilchen enthaltenden Beschichtung, auch Hartstoffschichten genannt, aufgerüstet, wobei die Spitze auf die Oberfläche einer Ummantelung aus einem Material stoßen soll, das weicher als die enthaltenen Schleifteilchen ist.

Aus dem Stand der Technik sind diverse verschleißfeste Temperatur-, Oxidations- und Korrosionsschutzschichten sowie Verfahren und Vorrichtungen zu ihrer Herstellung bekannt, um Bauteile mit solchen Beschichtungen zu versehen, welche insbesondere zur Panzerung von Turbinen- und Triebwerksteilen eingesetzt werden.

Aus der DE 691 00 853 T2 ist ein Verfahren zur Herstellung von Gasturbinenschaufeln mit einer Schleifspitze bekannt. In diesem Prozess wird mindestens eine Bindemittelbeschichtung auf der Spitze eines Schaufelkörpers durch Elektroabscheidung aufgebracht in der Teilchen eines Schleifmaterials durch Verbund- Elektroabscheidung verankert werden. Elektroabscheidung ist jedoch ein Verfahren welches mit großem technischen Aufwand verbunden ist. Ein besonderer Nachteil dieses Verfahrens ist die Verwendung von zwei nacheinander stattfindenden Abscheidungsprozessen, welche mit großem technischen Aufwand und somit hohen Kosten verbunden sind. Außerdem ist die Elektroabscheidung von dicken Schichten ebenfalls mit intensivem Zeitaufwand verbunden. Weiterhin sind durch Elektroabscheidung erzeugte Beschichtungen nicht so stabil und qualitativ hochwertig wie Beschichtungen, die durch Verlöten oder Verschweißen erzeugt werden.

Aus der EP 0 686 229 Bl ist ein Verfahren zur Aufbringung einer abrasiven Schicht auf das Ende einer Turbinenschaufel bekannt. Bei diesem Verfahren wird zuerst eine metallische Beschichtung durch Elektroabscheidung auf den Schaufelspitzen aufgetragen. Nach dem elektrischen Abscheiden einer zweiten metallischen Beschichtung werden anschließend Partikel eines abrasiven Materials auf der zweiten Schicht durch Verbundabscheidung verankert. Elektroabscheidung ist jedoch ein Verfahren welches mit viel technischem Aufwand verbunden ist. Ein besonderer Nachteil dieses Verfahrens ist die Verwendung von zwei nacheinander stattfindenden Abscheidungsprozessen, welche mit großem technischen Aufwand und somit hohen Kosten verbunden sind. Außerdem ist die Elektroabscheidung von dicken Schichten ebenfalls mit intensivem Zeitaufwand verbunden. Weiterhin sind durch Elektroabscheidung erzeugte Beschichtungen nicht so stabil und qualitativ hochwertig wie Beschichtungen die durch Verlöten oder Verschweißen erzeugt werden.

Aus der DE 4 439 950 C2 ist weiterhin eine Verbundbeschichtung bekannt, welche verteilt eingebettete Hartstoffpartikel in einer metallischen Matrix aufweist. Dabei setzt sich die Matrix aus einem elektischen Lot zusammen, das Titan enthält. Das Lot ist durch eine mehrlagige Vorbeschichtung auf dem Grundwerkstoff gebildet, welche aus Lagen der elementaren Komponenten des Lots und/oder der Hartstoffpartikel besteht. Die Verbundbeschichtung wird durch Aufschmelzen des beschriebenen Lots auf dem Grundwerkstoff erzeugt. Ein Nachteil besteht darin, dass das Bestücken des Bauteils mit Hartstoffpartikel hier mit hohen Temperaturen verbunden ist. Damit die Hartstoffpartikel am Bauteil haften bleiben, muss die obere Lage des Lots bereits schmelzen, bevor die Hartstoffpartikel darauf aufgebracht werden. Damit dies geschieht, muss die oberste Lage des Lots vor der Anbringung der Hartstoffpartikel die niedrigste Schmelztemperatur besitzen. Die Herstellung eines mehrlagigen Lots und das Verschmelzen des Lots bei der Anbringung der Hartstoffpartikel ist jedoch auch hier mit großem technischen, Energie- und Zeitaufwand verbunden.

Die US 5 359 770 offenbart eine abrasive Beschichtung und ein Verfahren zu ihrer Herstellung, die den Aufbau einer verschleißfesten Spitzenpanzerang auf Turbinenschaufeln ermöglichen. Dabei wird eine semi-rigide Folie bestehend aus einer Metall-Matrix und Hartstoffpartikeln in einer Form passend zu der Turbinenschaufelspitzenform gefertigt und an der zu beschichtenden Spitze positioniert. In einem unter Vakuum stattfindenden Erhitzungsvorgang wird anschließend die vorgeformte Folie auf der Schaufelspitze geschmolzen. Ein schnelles Abkühlen der beschichteten Schaufelspitze im Vakuumofen sorgt anschließend für die Beibehaltung der Mikrostruktur und der mechanischen Eigenschaften der Schaufel. In diesem Verfahren muss jedoch die verwendete Beschichtung vor dem eigentlichen Schmelzvorgang vorbereitet werden, als Folie vorliegen und in einer Form passend zu dem zu beschichtenden Bauteil geformt werden. Ein Nachteil ist dabei der Zeitaufwand für diese Vorbereitungen. Will man außerdem andere Hartstoffpartikel oder eine andere Matrix Zusammensetzung verwenden, muss eine neue Beschichtung im voraus vorbereitet werden.

Aus der US 6 811 898 B2 sind eine abrasive Beschichtung, welche Hartstoffpartikel enthält, und ein Verfahren zu ihrer Herstellung bekannt. Die abrasive Beschichtung wird an der Spitze einer Schaufel angebracht. In dem Verfahren zur Herstellung der abrasiven Beschichtung wird ein aus einem Kunststoffgemisch bestehendes Tape, welches ein Hartlot sowie ein Bindemittel enthält, an einem zu beschichtenden Bauteil angeordnet. Anschließend wird dieses Tape mit einem flüssigen Gemisch behandelt, welches Hartstoffpartikel enthält. Dabei können die Hartstoffpartikel mit einer metallischen Ummantelung versehen sein. Durch eine im Hochvakuum stattfindende lokale Erhitzung des angeordneten und mit dem flüssigen Gemisch benetzten Tape wird erreicht, dass das Bindemittel verdunstet und dass das Hartlot sich mit den Hartstofφartikeln verbindet. Dadurch entsteht eine abrasive Beschichtung an der Oberfläche der Schaufelspitze. Ein Nachteil besteht darin, dass die Hartstoffpartikel zusammen mit einem Gemisch mechanisch auf das Tape aufgebracht werden. Dadurch kann eine Beschädigung des Tapes und des darunter liegenden Bauteils nicht ausgeschlossen werden. Außerdem kann nicht sicher gestellt werden, dass die Hartstoffpartikel auf der Oberfläche gleichmäßig verteilt sind. Es ist weiterhin nicht auszuschließen, dass einige Hartstoffpartikel Klumpen bilden. Beides kann zu einer unerwünschten, geringeren und vor allem nicht reproduzierbaren Schichtqualität der abrasiven Beschichtung führen.

Weiterhin ist aus der DE 21 15 358 C2 ein Verfahren zur Herstellung einer abrasiven Beschichtung auf einem Bauteil bekannt. In dem genannten Verfahren werden zuerst zwei selbsttragende Tapes hergestellt. Das erste besteht aus einem metallischen Matrix- Material und einem Bindemittel und das zweite aus einem organisches Bindemittel und den verwendeten Partikeln. Beide Tapes werden in einer der Oberfläche des zu beschichtenden Bauteils angepassten Form hergestellt und diesem übergezogen. Die Schichten können dabei vorher miteinander durch Quetschwalzen oder mittels eines Klebstoffs vereinigt worden sein. Durch Erhitzen des Bauteils mit den aufgebrachten Schichten auf eine Temperatur über der Erstarrungstemperatur des Metalls oder der Legierung, jedoch unter der Erstarrungstemperatur der Partikel, zersetzt sich das Bindemittel und die Partikel verteilen sich in der geschmolzenen metallischen Matrix. Die Herstellung von selbstragenden Tapes, welche zuerst geformt werden müssen und anschließend über ein Bauteil gezogen werden müssen, ist mit einem großen technischen Aufwand verbunden. Insbesondere die Herstellung eines Tapes aus einem organischen Bindemittel, welches zusätzlich Partikel enthält und selbstragend ist, erfordert die Verwendung von großen Mengen an Bindemittel. Außerdem muss das Bindemittel schließlich im Erhitzungsvorgang vollständig verdunsten. Dies ist mit einem hohen Energieaufwand und mit besonders kostspieligen Maßnahmen für die Entsorgung von Prozessgasen verbunden. Aus der WO 2008/106935 Al sind ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Beschichten von Bauteilen einer Gasturbine bekannt. Das genannte Verfahren dient insbesondere der Herstellung einer Schutzschicht auf dem Bauteil, welche aus mindestens einer Lotfolie oder aus einer Schlickerschicht besteht, die mittels eines induktiven Hochtemperaturlötverfahrens mit dem entsprechenden Bauteil verbunden wird. Die genannte Vorrichtung dient ebenfalls insbesondere der Herstellung einer Schutzschicht auf dem Bauteil und weist mindestens einen Induktor zur Durchführung des induktiven Hochtemperaturlötverfahrens auf, wobei zwischen dem Induktor und dem Bauteil mit der Lotfolie oder Schlickerschicht mindestens ein Induktionsverstärker im Bereich der Lotfolie oder Schlickerschicht angeordnet ist. Dabei erfolgt in der Regel das Aufbringen der Hartstoffpartikel auf die Lotfolie oder Schlickerschicht in einem aufwendigen manuellen Prozess, welcher mit einem großen zeitlichen Aufwand verbunden ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer verschleißfesten Beschichtung auf einem Bauteil bereitzustellen, welches die genannten Nachteile des Standes der Technik vermeidet. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Herstellung einer verschleißfesten Beschichtung auf einem Bauteil bereitzustellen, welche die genannten Nachteile des Standes der Technik vermeidet. Es ist insbesondere die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer verschleißfesten Beschichtung auf einem Bauteil, beispielsweise zur Spitzenpanzerung von Verdichter- und Turbinenschaufeln, bereitzustellen, das einerseits eine qualitativ hochwertige, sichere und dauerhafte Beschichtung der Bauteile und anderseits eine einfache, automatisierbare und einheitliche Prozessregelung sowie hohe Produktionsraten ermöglicht. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren zu schaffen, welches gleichwohl die notwendige Herstellungszeit einer solchen Beschichtung und die dafür notwendige Hartstoffpartikelmenge reduziert.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 25 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.

In einem erfϊndungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer verschleißfesten Beschichtung auf einem Bauteil werden zumindest die folgenden Schritte durchgeführt: Eine Lotschicht wird an dem Bauteil aufgebracht und/oder eine oder beide Oberfläche(n) der Lotschicht zumindest teilweise mit einem Haftvermittler benetzt, wobei anschließend auf der dem Bauteil abgewandten Oberfläche Hartstoffpartikel durch Wirbelschichttechnik aufgebracht werden, welche danach optional getrocknet wird, und wobei schließlich die entstandene Schicht aus Lot, ggf. Haftvermittler und Hartstoffpartikeln mit dem Bauteil verlötet wird.

Mit der aufwärtsgerichteten Strömung eines Gases oder eines Fluids durch eine Anhäufung von festen Stoffpartikeln entsteht eine Wirbelschicht. Dabei werden die festen Stoffpartikel in einen Zustand versetzt, welcher dem Zustand eines Fluids ähnelt. Es handelt sich bei einer Wirbelschicht letztendlich um eine Gas-Feststoff Suspension, welche flüssigkeitsähnliche Eigenschaften aufweist. Durch diese Technik kommt es einerseits zu einer guten Vermischung der verschiedenen Partikel und anderseits zu einer erhöhten Wahrscheinlichkeit, dass die vollständige Fläche eines in der Gas- Feststoff Suspension gehaltenen Bauteils Stöße mit den verwendeten Feststoffpartikeln erfährt. Im Fall einer klebenden Oberfläche, welche im Verfahren verwendet wird, wird somit erreicht, dass die verwendeten Feststoffpartikel an der Oberfläche haften bleiben und dass diese statistisch auf dieser Oberfläche verteilt werden. Durch die Regulierung der Stärke der aufwärtsgerichteten Strömung kann zusätzlich auf die Aufprallkräfte der Partikel an der in der Wirbelschicht gehaltenen Fläche Einfluss genommen werden, wodurch das Anheften der Partikel an der Oberfläche optimiert werden kann und eine Beschädigung der Oberfläche vermieden wird. Außerdem bietet die Wirbelschichttechnik im stationären Zustand den Vorteil eine Partikel-Blase zu bilden. Diese Blase besitzt eine deutliche Grenze und aus der gebildeten Blase können nur sehr wenige Partikeln ausgetragen werden. Dies führt zu einer sparsamen Verwendung der wegen der aufwändigen Herstellung zum Teil teueren Hartstoffpartikel. Ein weiterer Vorteil ist die Tatsache, dass sich durch das Ausschalten der aufwärtsgerichteten Strömung die im stationären Zustand gebildete Blase wieder kontrolliert absenken lässt. Dadurch ist eine vertikale Bewegung der mit den Partikeln zu beschichtenden klebenden Flächen oder die senkrechte Bewegung des Wirbelschichthalters selber überflüssig und kann durch das einfache Aufblasen und wieder Absenken der Blase ersetzt werden. Somit kann das Anbringen einer Partikellage auf der klebenden Oberfläche sehr einfach in einen automatisierbaren Prozess integriert werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass mit höchster Wahrscheinlichkeit die vollständige in der Wirbelschicht gehaltenen Oberfläche das Auftreffen von Partikel erfahren kann. Somit wird eine vollständige oder fast vollständige Bedeckung der zu beschichtenden Oberfläche erreicht. Somit wird außerdem eine regellose Schicht von Hartstoffpartikeln erzeugt, welche statistisch verteilt sind.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht die Lotschicht aus einer Metallfolie, welche aus der Schmelze einer Lotlegierung gewonnen wird. Optional wird diese metallische Folie teilweise gewalzt. Dadurch kann die Schichtdicke der Lotschicht dem Bedarf entsprechend variiert werden ohne dass sie schon bei der Herstellung der Schmelze berücksichtigt werden muss.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht die Lotschicht aus einem flexiblen Band, welches sich zumindest aus Lotpulver und Binder zusammensetzt. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfmdungsgemäßen Verfahrens besteht das flexible Band zumindest aus einem Binder und einem Gemisch aus Lotpulver und MCrAlY-Pulver, wobei Y Silber, Gold, Kupfer, Kobalt, Eisen, Titan, Nickel, Wolfram, Zinn, Silizium, Bor, Chrom, Zink und/oder Mischungen derselben sein kann. Die Flexibilität des Bandes ermöglicht eine einfache und schonende Anbringung an den zu beschichtenden Bauteilen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht die Lotschicht aus einem Schlicker, welcher aus einer Suspension aus zumindest Lotpulver und Binder besteht. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht die Suspension zumindest aus einem Binder und einem Gemisch aus Lotpulver und MCrAlY-Pulver, wobei Y Silber, Gold, Kupfer, Kobalt, Eisen, Titan, Nickel, Wolfram, Zinn, Silizium, Bor, Chrom, Zink und/oder Mischungen derselben sein kann. Die Verwendung eines Schlicker als Lotschicht hat den Vorteil besonders schonend bei der Anbringung an den Bauteilen zu sein. Ein weiterer Vorteil liegt daran, dass das Anbringen eines Haftvermittlers um die Lotschicht an dem Bauteil zu fixieren und/oder um das Haften der Hartstoffpartikel an der Oberfläche zu ermöglichen entfallen kann.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht das Lot aus einer Legierung mit zumindest einem Hauptbestandteil entsprechend des zu beschichtenden Werkstoffes, beispielsweise Titan oder Nickel. Dadurch wird eine bessere Haftung der verschleißfesten Beschichtung im späteren Lötprozess auf dem Bauteil ermöglicht.

In einer weiteren Ausführungsform des erfmdungsgemäßen Verfahrens kann darüber hinaus das Lot zusätzliche Legierungselemente, vorzugsweise Silber, Gold, Kupfer, Kobalt, Eisen, Titan, Nickel, Wolfram, Zinn, Silizium, Bor, Chrom, Zink und/oder Mischungen derselben enthalten. Durch das Hinzufügen von weiteren Elementen kann die Lotzusammensetzung gezielt variiert werden, so dass unter anderem auf die Löttemperatur des Lots Einfluss genommen werden kann. Dadurch kann beispielsweise die Löttemperatur des Lots und die des Bauteilmaterials ähnlich hoch gehalten werden. Durch eine geeignete Wahl kann gleichzeitig die spätere Einbettung der Hartstoffteilchen vereinfacht werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung des erfϊndungsgemäßen Verfahrens wird die Lotschicht vor ihrer Anbringung am Bauteil in eine Form gebracht, welche der zu beschichtenden Fläche des Bauteils angepasst ist. Dadurch wird eine einfachere und schonende Anbringung der Lotschicht am Bauteil ermöglicht, wodurch ein zeitsparender, beispielsweise automatisierter Herstellungsprozess ermöglicht wird und gleichzeitig Beschädigungen beim Anbringen der Lotschicht am Bauteil vermieden werden.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Lotschicht mit dem zu beschichtenden Bauteil punktgeschweißt, wodurch die Lotschicht auf dem Bauteil fixiert wird, so dass in weiteren Herstellungsschritten gewährleistet ist, dass die Beschichtung an der vorhergesehenen und zu beschichtenden Fläche verlötet wird.

In einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist die Lotschicht auf dem zu beschichtenden Bauteil flächig angeordnet, wodurch gewährleistet ist, dass zwischen Bauteil und Lotschicht kein oder nur ein geringer Abstand vorhanden ist. Dadurch wird erreicht, dass, nach dem späteren Lötprozess eine qualitativ hochwertige Verbindung zwischen dem Bauteil und der verschleißfesten Beschichtung entsteht. Ein weiterer Vorteil im Fall eines Lötverfahrens unter Vakuum oder unter Schutzatmosphäre besteht darin, dass keine Gase zwischen Lotschicht und Bauteil eingeschlossen sind.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, eine oder beide Oberfläche(n) der Lotschicht zumindest teilweise mit einem Haftvermittler zu versehen. Dadurch wird erreicht, dass die verwendeten Hartstoffpartikel der Wirbelschicht an der mit Haftvermittler versehenen Oberfläche haften bleiben. Andererseits kann ein schonendes Fixieren der Lotschicht auf dem Bauteil dadurch erzielt werden.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird der Haftvermittler dabei vorzugsweise mit einem Filzkörper an der entsprechenden Oberfläche oder Oberflächen der Lotschicht aufgebracht und/oder auf der entsprechenden Oberfläche oder Oberflächen der Lotschicht aufgesprüht. Die Verwendung eines Filzkörpers zum aufbringen des Haftvermittlers auf die zu beschichtende Oberfläche oder das Aufsprühen des Haftvermittlers stellt sicher, dass weder die Oberfläche der Lotschicht noch die des darunter liegenden Bauteils beschädigt wird. Diese Art der Applikation des Haftvermittlers ermöglicht weiterhin das Erreichen von sehr dünnen Haftvermittlerschichtdicken. In anderen weiteren Ausführungsbeispielen wird der Haftvermittler mit einem Pinsel, Rollen, Stempel, Tampon oder durch Tauchen der Lotschicht in einem Haftvermittlerbad auf der gewünschten Oberfläche oder Oberflächen der Lotschicht aufgebracht. Diese Art der Applikation des Haftvermittlers kann in einer einfachen Weise, beispielsweise in einem automatisierten Prozess integriert werden. Alternativ oder komplementär dazu kann selbstverständlich auch die Bauteiloberfläche auf weicher die Lotschicht aufzubringen ist mit ähnlichen Methoden ebenfalls mit Haftvermittler versehen werden. Das Anbringen des Haftvermittlers kann ferner sowohl auf die lose als auch auf die schon am Bauteil angeordnete Lotfolie geschehen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist die Schichtdicke des aufgebrachten Haftvermittlers kleiner als der mittleren Durchmesser der verwendeten Hartstoffpartikel, wodurch sicher gestellt wird, dass die Hartstoffpartikel zwar an der zu beschichtenden Oberfläche haften bleiben, jedoch nicht vollständig im Haftvermittler eingebettet werden. Dadurch wird gleichzeitig erreicht, dass die Bedeckung der entsprechenden Oberfläche aus nur wenigen Lagen von Hartstoffpartikeln oder quasi aus einer Monolage von Hartstoffpartikeln besteht.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens bestehen die Hartstoffpartikel aus Karbid, Nitrid, Oxid oder Mischungen derselben. Besonders bevorzugt aufgrund ihrer Temperaturfestigkeit, Oxidationsbeständigkeit und ihrem hohen Härtegrad sind (kubisches) Bohrnitrid, Keramik, Titankarbid, Wolframkarbid, Chromkarbid, Siliziumkarbid, Aluminiumoxid und/oder Zirkonoxid oder einer Mischung davon. Durch die Wahl des Materials der Hartstoffpartikel werden gezielt Beschichtungen mit verschiedenen Verschleißeigenschaften erzeugt. Somit kann beispielsweise die Härte der Beschichtung für spezifische Anwendungen variiert werden.

In einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel werden die Hartstoffpartikel aus unterschiedlichen Materialien und/oder mit unterschiedlichem Durchmesser in einem bestimmten Verhältnis zueinander verwendet. Durch die Vermischung von Hartstoffpartikel aus unterschiedlichen Materialien, welche auf der zu beschichtenden Oberfläche statistisch verteilt werden, können die Verschleißeigenschaften der Beschichtung gezielt variiert werden und die Menge einer besonders teueren Partikelsorte reduziert werden. Durch das Variieren der Durchmesser der Hartstoffpartikel kann gleichzeitig erreicht werden, dass alle Hartstoffpartikel in etwa die gleiche Masse aufweisen.

Noch eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, die verwendeten Hartstoffpartikel mit einer Ummantelung zu versehen, welche in ihrer Zusammensetzung der Lotschicht angepasst ist. Dadurch wird beispielsweise eine bessere Einbettung der Hartstoffpartikel in das Lot erreicht und eine sicher haftende Beschichrung des Bauteils sowie eine hohe Schichtqualität ermöglicht. Besonders bevorzugt werden Legierungen, welche zumindest teilweise aus Kobalt, Nickel, Titan oder eine Mischung davon bestehen.

In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird die Lotschicht mit dem Bauteil verlötet. Dies geschieht, je nach verwendeten Materialien unter Schutzgas und/oder in einem Vakuumofen und/oder lokal induktiv. Das lokal induktive Löten ist ein Hochtemperaturlötverfahren, namentlich ein induktiver Lötprozess, welcher unter Schutzatmosphäre, unter Vakuumbedingungen oder unter normalen Bedingungen durchgeführt wird. Es ist weiterhin ein lokaler Erwärmungsprozess, in dem ein Induktor und ggf. ein optionaler Induktionsverstärker über der zu lötenden Lotschicht und dem Bauteil angeordnet sind, wobei ein zeitgleiches Erwärmen des Bauteils im Bereich der zu lötenden Lotschicht und ein Erwärmen der Lotschicht selbst mittels der vom Induktor erzeugten Wärmeenergie erfolgt. Dies ermöglicht, dass zwischen Lotschicht und Bauteil eine stoffschlüssige Verbindung entsteht. Durch optionale Verwendung eines Induktionsverstärkers kann zugleich der Temperatureintrag in die Lotschicht und in das Bauteil beeinflusst und so gesteuert werden, dass konstante Temperaturbedingungen in dem zu beschichtenden Bauteil und in der Lotschicht herrschen, wodurch qualitativ hochwertige, sichere und dauerhafte Beschichtungen erzeugt werden können. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Verfahren verwendet, um die Schaufelspitzen einer Strömungsmaschine zu beschichten, insbesondere die Schaufelspitzen einer Turbine oder eines Verdichters, Diese Bauteile einer Gasturbine bzw. eines Flugzeugantriebs unterliegen erhöhtem Verschleiß und müssen qualitativ höchsten Anforderungen genügen.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das erfindungsgemäße Verfahren verwendet, um mehrere Schaufeln, welche radial auf einer Scheibe angeordnet sind, welche sich im Kreis bewegen kann, zu beschichten. Dabei werden an bestimmten Positionen des Kreises, entlang des Umfangs, die einzelne Schritte des Verfahrens durchgeführt. Alternativ kann hier auch eine Blisk beschichtet werden.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung einer verschleißfesten Beschichtung auf einem Bauteil weist eine Scheibe auf, an der zumindest ein zu beschichtendes Bauteil angeordnet wird. Die jeweilige Scheibe kann um ihre Achse gedreht werden, so dass die an der Scheibe angeordneten Bauteile, bei der Drehung der Scheibe um ihre Achse, einen Kreisbogen durchlaufen. An bestimmten Positionen des Umfangs dieses Kreisbogens werden die jeweiligen Verfahrenschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens an dem Bauteil durchgeführt. Dabei kann ein bestimmter und zwischen den Verfahrensschritten gleich gehaltener Teilungswirikel oder aber unterschiedliche Teilungswinkel zwischen den einzelnen Verfahrenschritten verwendet werden. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung wird das serielle Beschichten von Bauteilen vereinfacht und beschleunigt. Alternativ zu einer entsprechenden Scheibe kann beispielsweise auch eine Blisk eingespannt werden.

In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird eine Scheibe mit zumindest einem radial angeordneten Bauteil als Ganzes durch eine weitere Scheibe ersetzt, welche ebenfalls zumindest ein daran angeordnetes Bauteil aufweist. Dadurch wird die notwendige Zeit für das Montieren der Bauteile an der Scheibe reduziert, da die Montage im Vorfeld des Beschichtungsprozesses geschehen kann, so dass nur die Zeit für das Auswechseln der Scheibe berücksichtigt werden muss.

Verwendung findet eine o.g. Vorrichtung oder ein o.g. Verfahren insbesondere bei der Herstellung, Reparatur und Beschichtung von Bauteilen von Gasturbinen oder Flugtriebwerke. Insbesondere bei der Beschaufelung von Gasturbinen ergeben sich aufgrund der konvexen und konkaven Profilwölbung, der Verwindung und der ineinander übergehenden Radien besonders große Schwierigkeiten beim Anbringen geeigneter Beschichtungen. Diese Schwierigkeiten können durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Herstellen einer verschleißfesten Beschichtung auf einem Bauteil und ein entsprechendes Verfahren überwunden werden.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden zusammen mit den Figuren näher dargestellt.

Es zeigen:

Fig.1 : Eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 2: Eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer verschleißfesten Beschichtung auf einem Bauteil. In einem ersten Verfahrenschritt 1 wird eine Lotschicht an einem zu beschichtenden Bauteil angeordnet und fixiert. In einem zweiten Verfahrenschritt 2 wird die dem Bauteil abgewandte Oberfläche der Lotschicht zumindest teilweise mit einem Haftvermittler benetzt. In einem dritten Verfahrenschritt 3 wird eine Monolage von Hartstoffpartikeln auf der Oberfläche durch Wirbelschichttechnik aufgebracht. In einem weiteren Verfahrensschritt 4 wird alternativ die Oberfläche getrocknet und in einem weiteren Verfahrensschritt 5 die entstandene Schicht aus der Lotschicht, dem Haftvermittler und den Hartstoffpartikeln mit dem Bauteil verlötet oder die entstandene Schicht bestehend aus der Lotschicht, dem Haftvermittler und den Hartstoffpartikeln ohne vorher getrocknet zu werden mit dem Bauteil verlötet.

Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung einer verschleißfesten Beschichtung auf einem Bauteil 6. Dabei sind aus einer Titan-Legierung bestehenden Turbinenschaufeln 6 an einer kreisförmigen Scheibe 8 radial angeordnet. Die Scheibe, oder alternativ die Blisk 8 ist um ihre zentrale Achse 11 drehbar, so dass die an der Scheibe 8 angeordneten Turbinenschaufeln 6 eine kreisförmige Bewegung erfahren können. An bestimmten Positionen entlang des so durchlaufenen Umfangs werden die verschiedenen Schritte 1, 2, 3, 4, 5 des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt. Im ersten Verfahrensschritt 1 wird eine für die Schaufel 6 vorgeformte Lotschicht 9, welche aus einer Titan- oder Nickellegierung besteht, an der Schaufel 6 angeordnet und mit der Schaufel 6 punktgeschweißt. Anschließend wird die Scheibe 8 um einen bestimmten Teilungswinkel gedreht, welcher in diesem Beispiel 60° beträgt, wodurch die Schaufel 6 zur nächsten Prozessstelle gebracht wird. Im zweiten Verfahrenschritt 2 wird die zu beschichtende Oberfläche der Schaufel 6 mit einem Haftvermittler 10 benetzt. In diesem Fall wird der Haftvermittler 10 mit einem Filzkörper aufgebracht.

Nach einer erneuten Drehung der Halterang 8 um den festgelegten Teilungswinkel, in diesem Beispiel 60°, befindet sich die so vorbereitete Schaufel 6 über einer Wirbelschicht 14, welches aus schwebenden CBN-Partikeln 7 besteht. Der relative Abstand der Oberfläche der Wirbelschicht 14 zu der zu beschichtenden Oberfläche der Schaufel 6 ist so gewählt, dass die mit Haftvermittler 10 versehene Oberfläche der Schaufel 6 in Berührung mit den Hartstoffpartikeln 7 kommt, welche sich statistisch verteilen und regellos an dieser haften bleiben und eine Monolage ausbilden.

Nach einer erneuten Drehung der Halterung 8 um den festgelegten Teilungswinkel, in diesem Beispiel 60°, gelangt die Schaufel 6 zum dritten Verfahrenschritt 4, in dem die Oberfläche der Schaufel 6 mit Hilfe eines Luftstroms getrocknet wird. Dadurch verdampft teilweise das im Haftvermittler 10 enthaltenden Lösungsmittel, so dass die Hartstoffpartikel 7 an der Oberfläche haften bleiben.

Nach einer weiteren Drehung der Halterung 8 um den festgelegten Teilungswinkel, in diesem Beispiel 60°, steht die fertig vorbereitete Schicht aus Lotschicht 9, Haftvermittler 10 und Hartstoffpartikeln 7 bereit für das Verlöten 5 mit der Schaufel 6. Dies geschieht hier durch lokal induktives Löten mithilfe eines Induktors und ggf. eines optionalen Induktionsverstärkers, welcher sich im geringen Abstand zu der vorbereiteten Oberfläche befindet und durch Strahlungswärme im Bereich der Schaufel und der vorbereiteten Schicht abgibt. Dadurch verdampfen die Lösungsmittelreste des Haftvermittlers 10 und die Lotschicht 9 samt CBN-Partikel 7 geht mit der Schaufel 6 eine stoffschlüssige Verbindung ein. Nach einer weiteren Drehung der Scheibe 8 um den festgelegten Teilungswinkel, in diesem Beispiel 60°, und nach einer kurzen Abkühlzeit steht die Schaufel 6', mit fertiger Hartstoffbeschichtung 15 für eine weitere Verwendung bereit. Das Verfahren kann dabei als vollautomatisierbarer Prozess erfolgen.

Das zu beschichtende Bauteil kann beispielsweise eine Schaufel 6' mit einer Titan- Legierung als Basiswerkstoff sein. Die verwendete Lotschicht 9 besteht aus einer Titan- Legierung. Nach dem Aufbringen von Haftvermittler 10 auf der Schaufelspitze werden mit einer Titan-Legierung ummantelte CBN-Partikel 7 mit einer Wirbelschicht 14 auf der Oberfläche aufgebracht und getrocknet. Anschließend werden die Lotschicht 9 und die Schaufel 6 in einem unter Vakuum stattfindenden, lokal induktiven Hochtemperaturlötprozess miteinander verlötet. Das in der Prozesskammer herrschende Vakuum beträgt dabei beispielsweise ca. 10 ^"5 mBar.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der in den Patentansprüchen beanspruchten Lösung auch bei anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.