WO2007147796A1 - Verfahren zum beschichten eines bauteils durch kaltgasspritzen - Google Patents

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WO2007147796A1
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Rene Jabado
Jens Dahl Jensen
Ursus KRÜGER
Daniel Körtvelyessy
Volkmar LÜTHEN
Ralph Reiche
Michael Rindler
Raymond Ullrich
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    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/02—Coating starting from inorganic powder by application of pressure only
    • C23C24/04—Impact or kinetic deposition of particles

Definitions

  • the invention relates to a method for coating a component by a cold gas spraying, wherein during the coating, the component is excited with a vibration generator for carrying out oscillations.
  • a method of the type specified in the introduction is described for example in EP 1 132 497 A1. According to this method it is provided that a cold gas spraying is carried out for coating a component.
  • a so-called cold gas jet is accelerated to speeds above the speed of sound to which the coating particles are supplied.
  • the particles impinge de ⁇ is ren kinetic energy into deformation and heat vice ⁇ converts, can be reached whereby an adhesion of the particles in proportionality SSIG low temperatures.
  • EP 1 132 497 A1 it is further provided to excite the component to be coated by means of a vibration generator for carrying out oscillations whose amplitude lies in the same direction as the direction of propagation of the vibration
  • the object of the invention is to provide a method for coating a component by cold gas spraying, with which coatings can be produced with new properties.
  • This object is achieved with the initially defined method ⁇ he inventively characterized in that the vibration generator is so coupled to the component that the component in a standing, acoustic, surface acoustic wave transversal it is evidence ⁇ .
  • the formation of a standing, acoustic, transversal surface wave has the consequence that any considered point of the surface to be coated moves periodically up and down in the direction of the propagation of the cold gas jet.
  • the amplitude always remains the same (this is the property of the standing wave).
  • a standing wave therefore has the consequence that a specific point of the surface to be coated in each case performs translational oscillations of a specific amplitude. Since this amplitude has location-dependent different loading depending on the distribution of the standing surface wave, also locally different coating parameters are produced during cold gas spraying on the surface.
  • coatings can advantageously be produced which vary in particular in its layer thickness since the Ge ⁇ speed of the film-forming process depending on the information presented ⁇ coating parameters by the amplitude of the oscillations performed by the subject layer is directly affected point.
  • a layer structure with lo- kal changing layer thickness can be produced in a coating process, depending on the excited vibrations different microstructures of the surface can be generated.
  • the oscillation excitation is adapted by the oscillation generator to the eigenmodes of the component oscillations such that the surface wave generated is a linear combination of eigenmodes of the component oscillations.
  • a particular embodiment of the invention provides that the speed of the cold gas jet is adjusted in such a way that optimal coating conditions are established in the places of destructive interference of the surface wave. In other words, this means that the same coating parameters as those used are known
  • the speed of the cold gas jet is adjusted such that the particle velocity is sufficient for coating formation only around the locations of constructive interference of the surface wave, when the surface of the component is just moving counter to the propagation direction of the cold gas jet ,
  • theificatparame ⁇ be set ter of cold gas spraying so that the Pellege ⁇ speed is not sufficient in itself for coating formation. This is the case when the kinetic energy of the coating particles is too small a cause due plas ⁇ -Nazi deformation and heating adhesion of the particles on the surface to be coated.
  • grooves are produced in the coating being formed by the surfaces of constructive and destructive interference of the surface wave in the form of straight or continuously curved, substantially parallel lines covering the surface of the component.
  • the surface waves on the component surface must be excited by an eigenmode of the component vibrations, in which the locations of constructive or destructive interference as wavefronts extend linearly over the component surface. Because the surface waves are stationary, the wavefronts do not move on the component surface, which is why grooves and elevations with a linear course form due to the different deposit rates already mentioned for the coating particles.
  • the formation of the grooves is especially advantageous ⁇ illustrative of components which environmentally performing their function by a fluid are flowing. Namely, the groove formation can advantageously contribute to guiding the flow through the grooves along the component surface in the desired manner.
  • the wavelength of the surface wave generated is selected taking into account the fluid and the intended flow velocities with which it is intended to flow around the component such that the resulting grooves have a width which reduces or even avoids the formation of microturbulences at the surface, can be advantageous be achieved by way of a reduction of the flow resistance at the construction ⁇ part surface.
  • the effect of reducing the flow resistance can be explained by the fact that the formation of microturbulences at the surface is reduced.
  • a laminar flow results in a lower flow resistance of the component than a flow which is disturbed close to the component by micro-turbulence. This applies fluidically, at least for moderate to high flow ⁇ speeds.
  • the invention can be used advantageously in particular when it is punched at the component is a turbine blade han ⁇ . This is anyway provided before use in the turbine with a coating which is usually formed from a corrosion layer, in particular an MCrAlY layer and / or a thermal protective layer. If this Be ⁇ coating process of the invention produced, the result is a function of integration advantageous because the coating causes a reduction of the Strömungswi- DERS tandes, thermal protection for the turbine blade, and a corrosion protection for the turbine blades simultaneously.
  • FIG. 2 shows a perspective view of a turbine blade coated according to the method of the invention as an exemplary embodiment of the component coated in accordance with the invention.
  • a component 11 is shown schematically. This consists of a cuboid base body with a surface 12, which are excited by ultrasonic heads 13 as vibration ⁇ generator to acoustic surface vibrations.
  • An ultrasound head 13 is arranged on each of the opposite sides of the component 11 so that the surface waves propagate in opposite directions, starting from the respective ultrasound head 13.
  • a superimposition of these surface acoustic oscillations results in the schematically represented standing surface wave 14, the amplitude of which being represented by a dot-dash line. It becomes clear that the standing surface wave 14
  • cold gas jet 17a, 17b, 17c To carry out a coating by means of cold gas spraying is a schematically illustrated cold gas jet 17a, 17b, 17c at a right angle towards the surface to be coated ge 12 ⁇ .
  • To beschich ⁇ th a larger surface of the component 11 th the cold gas jet must be moved relative to the surface.
  • three positions of the cold gas jet are shown by way of example.
  • the cold gas jet 17a is exactly on directed the places of destructive interference.
  • the cold gas stream 17b is directed to locations of constructive interference 16, being indicated, that the total renovation this location ⁇ membered point of the surface just exactly opposite to the direction of the cold gas stream moves.
  • the cold gas ⁇ beam 17c is also directed to a place of constructive interference 16, wherein the belonging to this location point of the surface just moved in the same direction as the Parti ⁇ cle in the cold gas jet 17c.
  • profiles 18a, 18b of a coating 19 which are characterized by parallel grooves 20.
  • a coating can only take place if the point of the surface to be coated is just making a movement opposite to the direction of the cold gas jet (see cold gas jet 17b). This results in the maxima 21a in the layer thickness of the profile 18a.
  • the profile 18b is generated, whose maxima 21b of Schichtdi ⁇ blocks in the places are destructive interference.
  • the coating is presented as a turbine blade component 11 Darge ⁇ .
  • the goal is to provide a flow profile 22 with grooves 20, which reduce the flow resistance of the airfoil 22.
  • the coating MrAlY layer or ther- mal protective layer
  • the ultrasonic heads 13 are attached to the blade bases 23.
  • the actual flow conditions at the Strömungspro ⁇ fil which due to the simultaneous rotation of the turbine rotor not straight, but slightly ge ⁇ curved on the flow profile.
  • the aim now is to find by a suitable vibration excitation linear combinations of the eigenmodes of the component vibrations of the airfoil 22, with which the flow distribution on the airfoil can be simulated as realistic as possible. This then causes a distribution of the grooves, which does not deflect the flow of the flow at the airfoil 22.
  • the profile of the grooves 20 is shown as an example in the detail enlargement according to FIG.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten eines Bauteils (11) durch Kaltgasspritzen. Während des Beschichtens des Bauteils wird dieses mit einem Schwingungsgenerator (13) zur Ausführung von Schwingungen angeregt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Bauteil (11) mittels des Schwingungsgenerators (13) derart angeregt wird, dass eine stehende, akustische, transversale Oberflächenwelle (14) erzeugt wird. Dies führt durch eine lokale Veränderung der Beschichtungsparameter zu insbesondere rillenartigen Strömungsprofilen (18a oder 18b), wobei die Dickenmaxima (21a, 21b) der Schichten insbesondere an Orten (15) destruktiver Interferenz oder Orten (16) konstruktiver Interferenz liegen können. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich insbesondere strömungsoptimierte Bauteile wie Turbinenschaufeln beschichten.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Beschichten eines Bauteils durch Kaltgasspritzen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten eines Bauteils durch ein Kaltgasspritzen, bei dem während des Beschichtens das Bauteil mit einem Schwingungsgenerator zur Ausführung von Schwingungen angeregt wird.
Ein Verfahren der eingangs angegebenen Art ist beispielsweise in der EP 1 132 497 Al beschrieben. Gemäß diesem Verfahren ist vorgesehen, dass ein Kaltgasspritzen zur Beschichtung eines Bauteils durchgeführt wird. Beim Kaltgasspritzen wird ein so genannter Kaltgasstrahl auf Geschwindigkeiten oberhalb der Schallgeschwindigkeit beschleunigt, dem die Beschichtungspar- tikel zugeführt werden. Beim Auftreffen der Partikel wird de¬ ren kinetische Energie in eine Verformung sowie Wärme umge¬ wandelt, wodurch eine Haftung der Partikel bei verhältnismä- ßig geringen Temperaturen erreicht werden kann.
Gemäß der EP 1 132 497 Al ist weiterhin vorgesehen, das zu beschichtende Bauteil mittels eines Schwingungsgenerators zur Ausführung von Schwingungen anzuregen, deren Amplitude in derselben Richtung liegt, wie die Ausbreitungsrichtung des
Kaltgasstrahls. Hierdurch ergibt sich eine pulsierende Rela¬ tivgeschwindigkeit zwischen den Partikeln des Kaltgasstrahls und der Oberfläche des zu beschichtenden Bauteils, wodurch das Beschichtungsergebnis verbessert werden soll.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Beschichten eines Bauteils durch ein Kaltgasspritzen anzugeben, mit dem sich Beschichtungen mit neuen Eigenschaften herstellen lassen. Diese Aufgabe wird mit dem eingangs angegebenen Verfahren er¬ findungsgemäß dadurch gelöst, dass der Schwingungsgenerator derart mit dem Bauteil gekoppelt wird, dass in dem Bauteil eine stehende, akustische, transversale Oberflächenwelle er¬ zeugt wird. Die Ausbildung einer stehenden, akustischen, transversalen Oberflächenwelle hat zur Folge, dass sich ein beliebiger betrachteter Punkt der zu beschichtenden Oberfläche periodisch in Richtung der Ausbreitung des Kaltgasstrah- les auf und ab bewegt. Hierbei bleibt die Amplitude immer gleich (dies ist die Eigenschaft der stehenden Welle) . Dabei entstehen einerseits Orte destruktiver Interferenz der Oberflächenwelle, in denen sich die überlagerten Einzelwellen, die die stehende Welle bilden, gerade auslöschen, sodass in diesem Ort eine transversale Schwingung der Oberflächenpunkte nicht stattfindet. Demgegenüber findet die größte Auslenkung der Oberflächenpunkte am Ort der konstruktiven Interferenz statt. Dies ist der Ort, wo sich die Amplituden der sich ü- berlagernden Einzelschwingungen ohne einen Differenzbetrag gerade addieren.
Die Ausbildung einer stehenden Welle hat daher zur Folge, dass ein bestimmter Punkt der zu beschichtenden Oberfläche jeweils Translationsschwingungen einer bestimmten Amplitude durchführt. Da diese Amplitude entsprechend der Verteilung der stehenden Oberflächenwelle ortsabhängig verschiedene Be¬ träge hat, werden auch lokal unterschiedliche Beschichtungs- parameter beim Kaltgasspritzen auf der Oberfläche erzeugt. Damit lassen sich vorteilhaft Beschichtungen erzeugen, die insbesondere in ihrer Schichtdicke variieren, da die Ge¬ schwindigkeit des Schichtbildungsprozesses je nach einge¬ stellten Beschichtungsparametern durch die Amplitude der durch den betreffenden Schichtpunkt ausgeführten Schwingungen direkt beeinflusst wird. Damit kann ein Schichtaufbau mit lo- kal sich verändernder Schichtdicke in einem Beschichtungsgang hergestellt werden, wobei sich in Abhängigkeit der angeregten Schwingungen unterschiedliche Mikrostrukturierungen der Oberfläche erzeugen lassen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schwingungsanregung durch den Schwingungsgenerator derart auf die Eigenmoden der Bauteilschwingungen angepasst wird, dass die erzeugte Oberflächenwelle ei- ne Linearkombination von Eigenmoden der Bauteilschwingungen ist. Dies hat den Vorteil, dass bereits mit einer geringen Anregungsenergie des Schwingungsgenerators verhältnismäßig große Amplituden der Oberflächenwelle erzeugt werden können, da die Charakteristik der Schwingungsanregung gerade im Be- reich der Resonanz der gewählten Eigenmode der Bauteilschwingungen liegt. Hierdurch lässt sich der Effekt einer Beeinflussung der Schichtdicke vorteilhaft besonders effektiv nut¬ zen .
Eine besondere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Geschwindigkeit des Kaltgasstrahls derart eingestellt wird, dass sich in den Orten destruktiver Interferenz der O- berflächenwelle optimale Beschichtungsbedingungen einstellen. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass gerade diejnigen Be- Schichtungsparameter verwendet werden, die unter bekannten
Prozessbedingungen, also bei einem unbewegten Substrat herrschen würden, denn in den Punkten destruktiver Interferenz liegen die zugehörigen Oberflächenpunkte vor, deren Schwingungsamplitude Null beträgt. Dies bedeutet aber auch, dass außerhalb der Orte destruktiver Interferenz die Beschichtungsbedingungen verschlechtert sind, sodass dort eine gerin¬ gere oder sogar überhaupt keine Wachstumsrate für die in Bil¬ dung befindliche Schicht zu verzeichnen ist. Hierdurch ent¬ steht nach der vorgesehenen Beschichtungszeit eine Schicht mit Dickenmaxima an den Orten destruktiver Interferenz und Dickenminima an den Orten konstruktiver Interferenz, wobei zwischen diesen Orten ein stetiger Übergang der Schichtdicke zu verzeichnen ist .
Alternativ hierzu kann auch vorgesehen werden, dass die Geschwindigkeit des Kaltgasstrahls derart eingestellt wird, dass die Partikelgeschwindigkeit für eine Beschichtungsbil- dung nur um die Orte konstruktiver Interferenz der Oberflä- chenwelle herum ausreicht, wenn die Oberfläche des Bauteils sich gerade entgegen der Ausbreitungsrichtung des Kaltgasstrahls bewegt. Mit anderen Worten werden die Prozessparame¬ ter des Kaltgasspritzens so eingestellt, dass die Partikelge¬ schwindigkeit an sich für eine Beschichtungsbildung nicht ausreicht. Dies ist der Fall, wenn die kinetische Energie der Beschichtungspartikel zu gering ist, um auf Grund einer plas¬ tischen Verformung sowie Erwärmung eine Haftung der Partikel auf der zu beschichtenden Oberfläche zu bewirken.
Es wird damit erreicht, dass eine Abscheidung von Partikeln immer nur dann möglich ist, wenn die Relativgeschwindigkeit zwischen einem Oberflächenpunkt im Ort konstruktiver Interferenz bzw. dicht daneben zu den Beschichtungspartikeln durch eine Bewegung dieses Punktes auf die Beschichtungspartikel zu erhöht wird. Dies bedeutet, dass keine Abscheidung von Parti¬ keln erfolgt, wenn sich eine halbe Phase später der betref¬ fende Punkt in Richtung des Partikelstrahls bewegt. In den Orten destruktiver Interferenz bzw. dicht daneben findet während des gesamten Beschichtungsvorgangs keine Schichtbildung statt, da zu keinem Zeitpunkt die Relativgeschwindigkeit zwi¬ schen den betreffenden Punkten der Oberfläche und den Beschichtungspartikeln ausreicht, damit diese auf der Oberflä¬ che haften bleiben. Durch Einstellung der Beschichtungsparameter in der angegebenen Art können vorteilhaft unterschiedliche Profile der Be- schichtungsdicke erzeugt werden. Eine andere Möglichkeit der Beeinflussung der Profilverteilung liegt darin, andere Eigen- moden der Bauteilschwingungen anzuregen.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, dass Rillen in der in Entstehung befindlichen Be- schichtung erzeugt werden, indem die Orte konstruktiver und destruktiver Interferenz der Oberflächenwelle in Form von geraden oder stetig gekrümmten, im wesentlichen parallelen Linien die Oberfläche des Bauteils überziehen. Hierbei müssen die Oberflächenwellen auf der Bauteiloberfläche durch eine Eigenmode der Bauteilschwingungen angeregt werden, bei der sich die Orte konstruktiver bzw. destruktiver Interferenz als Wellenfronten linienförmig über die Bauteiloberfläche hinziehen. Da die Oberflächenwellen stehen, bewegen sich die Wellenfronten auf der Bauteiloberfläche nicht, weswegen sich auf Grund der bereits angesprochenen unterschiedlichen Depositi- onsraten für die Beschichtungsteilchen Rillen und Erhebungen mit linienförmigem Verlauf bilden.
Die Bildung von Rillen ist für Bauteile besonders vorteil¬ haft, welche in Ausübung ihrer Funktion von einem Fluid um- strömt werden. Die Rillenbildung kann nämlich vorteilhaft dazu beitragen, dass die Strömung durch die Rillen entlang der Bauteiloberfläche in der gewünschten Weise geleitet wird.
Wenn die Wellenlänge der erzeugten Oberflächenwelle unter Be- rücksichtigung des Fluides und den vorgesehenen Strömungsgeschwindigkeiten, mit denen dieses das Bauteil umströmen soll, derart ausgewählt wird, dass die entstehenden Rillen eine Breite aufweisen, die eine Ausbildung von Mikroturbulenzen an der Oberfläche verringert oder sogar vermeidet, kann vorteil- haft eine Verringerung des Strömungswiderstandes an der Bau¬ teiloberfläche erreicht werden. Hierdurch lässt sich bei Strömungsmaschinen beispielsweise eine signifikante Verbesse¬ rung des Wirkungsgrades erreichen. Der Effekt einer Verringe- rung des Strömungswiderstandes lässt sich damit erklären, dass die Ausbildung der Mikroturbulenzen an der Oberfläche verringert wird. Hierdurch wird die Ausbildung einer lamina¬ ren Umströmung des Bauteils gefördert und im günstigsten Fall bis ganz nah an die strukturierte Oberfläche herangeführt. Eine laminare Strömung hat jedoch einen geringeren Strömungswiderstand des Bauteils zur Folge, als eine Strömung, die in Bauteilnähe durch Mikroturbulenzen gestört wird. Dies gilt strömungstechnisch zumindest für moderate bis hohe Strömungs¬ geschwindigkeiten .
Die Erfindung lässt sich vorteilhaft insbesondere nutzen, wenn es sich bei dem Bauteil um eine Turbinenschaufel han¬ delt. Diese wird ohnehin vor dem Einsatz in der Turbine mit einer Beschichtung versehen, die gewöhnlich aus einer Korro- sionsschicht, insbesondere einer MCrAlY-Schicht und/oder aus einer thermischen Schutzschicht gebildet wird. Wird diese Be¬ schichtung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt, so erhält man vorteilhaft eine Funktionsintegration, da die Beschichtung gleichzeitig eine Verringerung des Strömungswi- derstandes, einen thermischen Schutz für die Turbinenschaufel und einen Korrosionsschutz für die Turbinenschaufel bewirkt.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung beschrieben, wobei gleiche oder sich entspre- chende Zeichnungselemente mit jeweils den gleichen Bezugszei¬ chen versehen sind und nur insoweit mehrfach erläutert werden, wie sich Unterschiede zwischen den Figuren ergeben. Es zeigen Figur 1 ein schematisches Ausführungsbeispiel für die
Durchführung des erfindungsgemäßen Kaltgasspritzens und
Figur 2 eine perspektivische Ansicht einer nach dem erfin- dungsgemäßen Verfahren beschichteten Turbinenschaufel als Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäß beschichtete Bauteil.
Gemäß Figur 1 ist ein Bauteil 11 schematisch dargestellt. Dieses besteht aus einem quaderförmigen Grundkörper mit einer Oberfläche 12, die durch Ultraschallköpfe 13 als Schwingungs¬ generator zu akustischen Oberflächenschwingungen angeregt werden. An den gegenüberliegenden Seiten des Bauteils 11 ist je ein Ultraschallkopf 13 angeordnet, sodass sich die Ober- flächenwellen ausgehend vom jeweiligen Ultraschallkopf 13 in entgegen gesetzten Richtungen ausbreiten. Eine Überlagerung dieser akustischen Oberflächenschwingungen ergibt die schematisch dargestellte, stehende Oberflächenwelle 14, wobei deren Amplitude durch eine strichpunktierte Linie dargestellt ist. Dabei wird deutlich, dass die stehende Oberflächenwelle 14
Schwingungsknoten und Schwingungsbäuche ausbildet, wobei die Schwingungsknoten linienförmig rechtwinklig zur Zeichnungsebene sich erstreckende Orte destruktiver Interferenz 15 und die Maxima der Schwingungsbäuche sich in paralleler Weise zu den Orten destruktiver Interferenz erstreckende Orte konstruktiver Interferenz 16 bilden.
Zur Durchführung einer Beschichtung mittels Kaltgasspritzens wird ein schematisch dargestellter Kaltgasstrahl 17a, 17b, 17c rechtwinklig auf die zu beschichtende Oberfläche 12 ge¬ richtet. Um eine größere Fläche des Bauteils 11 zu beschich¬ ten muss der Kaltgasstrahl relativ zur Oberfläche bewegt werden. In Figur 1 sind exemplarisch drei Stellungen des Kaltgasstrahls dargestellt. Der Kaltgasstrahl 17a ist genau auf die Orte destruktiver Interferenz gerichtet. Der Kaltgasstrahl 17b ist auf Orte konstruktiver Interferenz 16 gerichtet, wobei angedeutet ist, dass sich der zu diesem Ort gehö¬ rige Punkt der Oberfläche gerade genau entgegengesetzt zur Richtung des Kaltgasstrahls bewegt. Zuletzt ist der Kaltgas¬ strahl 17c ebenfalls auf einen Ort konstruktiver Interferenz 16 gerichtet, wobei sich der zu diesem Ort gehörige Punkt der Oberfläche gerade in dieselbe Richtung bewegt wie die Parti¬ kel im Kaltgasstrahl 17c.
Je nach Einstellung der Beschichtungsparameter im Kaltgasstrahl lassen sich beispielsweise Profile 18a, 18b einer Be- schichtung 19 erzeugen, die durch parallel verlaufende Rillen 20 gekennzeichnet sind. Bei geringeren Partikelgeschwindig- keiten in dem Kaltgasstrahl kann eine Beschichtung nur erfolgen, wenn der zu beschichtende Punkt der Oberfläche gerade eine Bewegung entgegengesetzt zur Richtung des Kaltgasstrahls ausführt (siehe Kaltgasstrahl 17b) . Hierdurch ergeben sich die Maxima 21a in der Schichtdicke des Profils 18a. Für den Fall, dass sich die optimalen Beschichtungsparameter an den Orten destruktiver Interferenz auf der Oberfläche befinden, wird das Profil 18b erzeugt, deren Maxima 21b der Schichtdi¬ cke in den Orten destruktiver Interferenz liegen.
Gemäß Figur 2 ist als Bauteil 11 eine Turbinenschaufel darge¬ stellt. Bei der Beschichtung ist es Ziel, ein Strömungsprofil 22 mit Rillen 20 zu versehen, die den Strömungswiderstand des Strömungsprofils 22 verringern. Hierzu wird während eines Kaltgasspritzens der Beschichtung (MCrAlY-Schicht oder ther- mische Schutzschicht) eine Oberflächenwelle auf der zu be¬ schichtenden Oberfläche des Strömungsprofils 22 erzeugt, des¬ sen Wellenfronten im Wesentlichen parallel zwischen den Schaufelsockeln 23 verlaufen. Hierzu werden an den Schaufelsockeln 23 die Ultraschallköpfe 13 angebracht. Hierbei sind die tatsächlichen Strömungsverhältnisse an dem Strömungspro¬ fil zu berücksichtigen, welche auf Grund der gleichzeitigen Drehung des Turbinenläufers nicht gerade, sondern leicht ge¬ krümmt auf dem Strömungsprofil verlaufen. Ziel ist es nun, durch eine geeignete Schwingungsanregung Linearkombinationen der Eigenmoden der Bauteilschwingungen des Strömungsprofils 22 zu finden, mit denen die Strömungsverteilung auf dem Strömungsprofil möglichst realitätsnah nachgebildet werden kann. Dies bewirkt dann eine Verteilung der Rillen, die den Verlauf der Strömung am Strömungsprofil 22 nicht ablenkt. In der Aus¬ schnittsvergrößerung gemäß Figur 2 ist der Verlauf der Rillen 20 exemplarisch dargestellt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Beschichten eines Bauteils (11) durch Kalt¬ gasspritzen, bei dem während des Beschichtens das Bauteil (11) mit einem Schwingungsgenerator (13) zur Ausführung von Schwingungen angeregt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungsgenerator (13) derart mit dem Bauteil (11) gekoppelt wird, dass in dem Bauteil (11) eine stehende akustische transversale Oberflächenwelle (14) erzeugt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungsanregung durch den Schwingungsgenerator (13) derart auf die Eigenmoden der Bauteilschwingungen ange- passt wird, dass die erzeugte Oberflächenwelle (14) eine Li¬ nearkombination von Eigenmoden der Bauteilschwingungen ist.
3. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit des Kaltgasstrahls (17a, 17b, 17c) derart eingestellt wird, dass sich an den Orten (15) destruk¬ tiver Interferenz der Oberflächenwelle optimale Beschich- tungsbedingungen einstellen.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit des Kaltgasstrahls (17a, 17b, 17c) derart eingestellt wird, dass die Partikelgeschwindigkeit für eine Beschichtungsbildung nur um die Orte (16) konstruktiver Interferenz der Oberflächenwelle herum ausreicht, wenn die Oberfläche (12) des Bauteils (11) sich gerade entgegen der Ausbreitungsrichtung des Kaltgasstrahls bewegt.
5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Rillen (20) in der in Entstehung befindlichen Beschich- tung (19) erzeugt werden, indem die Orte konstruktiver (16) und destruktiver (15) Interferenz der Oberflächenwelle (14) in Form von geraden oder stetig gekrümmten, im Wesentlichen parallelen Linien die Oberfläche (12) des Bauteils (11) über¬ ziehen .
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bauteil (11) beschichtet wird, welches in Ausübung seiner Funktion von einem Fluid umströmt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenlänge der erzeugten Oberflächenwelle (14) un¬ ter Berücksichtigung des Fluides und den vorgesehenen Strömungsgeschwindigkeiten, mit denen dieses das Bauteil umströ- men soll, derart ausgewählt wird, dass die entstehenden Ril¬ len (20) eine Breite aufweisen, die eine Ausbildung von Mik- roturbulenzen an der Oberfläche verringert oder vermeidet.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Bauteil um eine Turbinenschaufel han¬ delt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dass die Beschichtung (19) aus einer Korrosionsschicht, ins¬ besondere einer MCrAlY-Schicht und/oder aus einer thermischen Schutzschicht gebildet wird.
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