EP-4737115-A1 - METHOD FOR COATING THE SURFACE OR A SURFACE SECTION OF A COMPONENT

Abstract

Bei einem Verfahren zur Beschichtung der Oberfläche eines Bauteils (1) wird die Oberfläche des Bauteils (1) mit wenigstens einer ersten Schicht (2) aus einem ersten Werkstoff mit einem auf Energieeintrag zur Erwärmung des ersten Werkstoffs basierenden Verfahren beschichtet und die erste Schicht (2) mit einer zweiten Schicht (3) aus einem zweiten Werkstoff beschichtet, der sich vom ersten Werkstoff unterscheidet. Die Beschichtung mit der zweiten Schicht (3) erfolgt dabei wenigstens zum Teil unter Ausnutzung von Restwärme aus der ersten Schicht (2) und/oder wird dadurch positiv beeinflusst, die aus der Beschichtung mit der ersten Schicht (2) resultiert. Das Verfahren ermöglicht eine zeitsparende und kostengünstige Beschichtung beispielsweise von metallischen Bauteilen mit polymeren Gleitschichten.

Inventors

• Hama-Saleh, Rebar
• DAHMEN, Marius
• GLUSHYCH, Viktor
• FINK, Samuel
• Weisser, Eduard
• VEDDER, CHRISTIAN
• Schopphoven, Thomas

Assignees

• Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20251028

Claims (9)

1. Verfahren zur Beschichtung der Oberfläche oder eines Oberflächenabschnitts eines Bauteils (1), bei dem - die Oberfläche oder der Oberflächenabschnitt des Bauteils (1) mit wenigstens einer ersten Schicht (2) aus einem ersten Werkstoff mit einem auf Energieeintrag zur Erwärmung des ersten Werkstoffs basierenden Verfahren beschichtet und - die erste Schicht (2) mit einer zweiten Schicht (3) aus einem zweiten Werkstoff beschichtet wird, der sich vom ersten Werkstoff unterscheidet, - wobei die Beschichtung mit der zweiten Schicht (3) wenigstens zum Teil unter Ausnutzung von Restwärme aus der ersten Schicht (2) erfolgt und/oder beeinflusst wird, die aus der Beschichtung mit der ersten Schicht (2) resultiert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche oder der Oberflächenabschnitt des Bauteils (1) mit einer metallischen Haftschicht als erster Schicht (2) beschichtet wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass der erste Werkstoff eine höhere Schmelztemperatur aufweist als der zweite Werkstoff.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erwärmung des ersten Werkstoffs ein laser- oder plasmabasiertes oder auf Elektronen- oder Ionenstrahlen basierendes Verfahren eingesetzt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (2) mit der Technik des EHLA aufgebracht wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als zweite Schicht (3) aus dem zweiten Werkstoff eine Polymerschicht, insbesondere eine polymere Gleitschicht, aufgebracht wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Energieeintrag zur Erwärmung des ersten Werkstoffs und ein zeitlicher Abstand zwischen diesem Energieeintrag und der Beschichtung mit der zweiten Schicht (3) aus dem zweiten Werkstoff so gewählt werden, dass für die Beschichtung mit der zweiten Schicht (3) aus dem zweiten Werkstoff kein zusätzlicher externer Wärmeeintrag erforderlich ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung mit der ersten Schicht aus dem ersten Werkstoff mit einem ersten Prozesskopf (4), der in einer Vorschubrichtung (7) über die Oberfläche oder den Oberflächenabschnitt bewegt wird, und die Beschichtung mit dem zweiten Werkstoff mit einem zweiten Prozesskopf (5) erfolgt, der in Vorschubrichtung (7) unmittelbar hinter dem ersten Prozesskopf (4) über die Oberfläche oder den Oberflächenabschnitt bewegt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung mit der ersten Schicht aus dem ersten Werkstoff mit einem ortsfesten ersten Prozesskopf (4), gegenüber dem die Oberfläche oder der Oberflächenabschnitt in einer Vorschubrichtung bewegt wird, und die Beschichtung mit dem zweiten Werkstoff mit einem ortsfesten zweiten Prozesskopf (5) erfolgt, der in Vorschubrichtung unmittelbar vor dem ersten Prozesskopf (4) angeordnet ist.

Description

Technisches Anwendungsgebiet Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung der Oberfläche oder eines Oberflächenabschnitts eines Bauteils, bei dem die Oberfläche oder der Oberflächenabschnitt des Bauteils mit wenigstens einer ersten Schicht aus einem ersten Werkstoff mit einem auf Energieeintrag zur Erwärmung des ersten Werkstoffs basierenden Verfahren beschichtet und die erste Schicht mit einer zweiten Schicht aus einem zweiten Werkstoff beschichtet wird, der sich vom ersten Werkstoff unterscheidet. Die Beschichtung von metallischen Bauteilen mit verschleißarmen nicht-metallischen Beschichtungen kann eine Herausforderung hinsichtlich des für die Beschichtung erforderlichen Zeit- und Energieaufwands darstellen. So finden beispielsweise reibmindernde Beschichtungen auf Basis des Hochleistungspolymers Polyetheretherketon (PEEK) konventionell Anwendung auf mechanisch beanspruchten Grenzflächen und werden mittels Ofenverfahren auf die zugrundeliegenden Stahlbauteile aufgebracht. Dazu wird das pulverförmige PEEK auf das Bauteil aufgetragen und anschließend im Ofen aufgeschmolzen. In der Folge wird das gesamte Bauteil für einige Minuten bis Stunden (in Abhängigkeit von der Bauteilgröße) auf eine Temperatur zwischen 380 und 420 °C aufgeheizt. Eine Beschichtung von hochvoluminösen Bauteilen wie bspw. Gleitlagern von Windkraftanlagen ist mit diesem Beschichtungsverfahren daher mit einem enormen Zeit- und Energieaufwand verbunden. Stand der Technik Laser- oder plasmabasierte, additive Fertigungsverfahren mit Pulver- oder Drahtzufuhr, wie sie u.a. für die Modifikation oder die komplette Fertigung von Bauteilen und Bauteiloberflächen bekannt sind, eignen sich ebenfalls für die Oberflächenbeschichtung. Das Verfahrensprinzip für die Fertigung von Bauteilen basiert auf dem schichtweisen Aufbau einer Lage bzw. eines Volumenkörpers mit Hilfe einer Energiequelle. Der Zusatzwerkstoff wird als Pulver oder Draht dem Prozess zugeführt. Der Zusatzwerkstoff wird zusammen mit einer dünnen Randschicht des darunterliegenden Materials mittels Laserstrahlung aufgeschmolzen, so dass zwischen den Schichten eine schmelzmetallurgische Verbindung entsteht. Dabei treten lokal auf dem Bauteil hohe Temperaturen auf. Fertigungsverfahren, die dieses Prinzip nutzen sind beispielsweise LMD (Laser material Deposition), EHLA (Extremes Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen) oder PTA (Plasma-Transferred-Arc). Das vom Fraunhofer ILT entwickelte EHLA-Verfahren wird bspw. zum Auftragen metallischer Beschichtungen auf rotationssymmetrischen Bauteilen mit sehr hohen Prozessgeschwindigkeiten von bis zu 500 m/min genutzt. Der Zusatzwerkstoff Pulver wird in einem Trägergasstrom durch eine Ringstrahl-Düse in den koaxial angeordneten Laserstrahl gefördert, schmilzt dort vollständig auf und wird dann auf das Substrat appliziert. Dabei wird das Verhältnis der vom Pulvergasstrahl absorbierten und zur Substratoberfläche transmittierten Laserstrahlung so eingestellt, dass sowohl eine hinreichende Erwärmung des Zusatzwerkstoffs als auch die Erzeugung eines minimalen Schmelzbades zur Ausbildung einer dichten Beschichtung ermöglicht wird. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Beschichtung der Oberfläche oder eines Oberflächenabschnitts eines Bauteils anzugeben, dass eine zeitsparende und kostengünstige Beschichtung ermöglicht und sich insbesondere für die Applikation reibmindernder, verschleißarmer Beschichtungen auf metallischen Oberflächen eignet. Darstellung der Erfindung die Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie dem Ausführungsbeispiel entnehmen. Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird ein Schichtverbund aus zwei Schichten auf die Oberfläche oder den Oberflächenabschnitt aufgebracht. Hierzu wird die Oberfläche oder der Oberflächenabschnitt des Bauteils mit wenigstens einer ersten Schicht aus einem ersten Werkstoff mit einem auf Energieeintrag zur Erwärmung des ersten Werkstoffs basierenden Verfahren beschichtet. Die erste Schicht wird mit einer zweiten Schicht aus einem zweiten Werkstoff beschichtet, der sich vom ersten Werkstoff unterscheidet. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Beschichtung mit der zweiten Schicht wenigstens zum Teil unter Ausnutzung von Restwärme aus der ersten Schicht erfolgt und/oder beeinflusst wird, die aus der Beschichtung mit der ersten Schicht resultiert. In einer Verfahrensalternative kann auch die Oberfläche oder der Oberflächenabschnitt eines Bauteils, die bzw. der aus einem ersten Werkstoff besteht, unmittelbar vor der Beschichtung mit einem auf Energieeintrag zur Erwärmung des ersten Werkstoffs basierenden Verfahren unter Änderung von Werkstoff- und/oder Oberflächen-eigenschaften bearbeitet und dann mit einer Schicht aus einem zweiten Werkstoff beschichtet werden, der sich vom ersten Werkstoff unt