Способ маскирования детали, на которую должно быть нанесено термически напыляемое покрытие
Изобретение относится к термическому напылению покрытий, в частности к маскированию части поверхности перед термическим напылением. Способ нанесения маски на поверхность детали перед термическим напылением покрытия включает закрытие требуемых участков поверхности детали маской с использованием пасты по меньшей мере в областях критических границ маски, причем паста выпускается по меньшей мере из одной форсунки и представляет собой отверждаемую пасту, отверждение осуществляют воздействием излучения, предпочтительно посредством ультрафиолетового излучения, при этом маскирование включает в себя этап частичного маскирования и этап дополняющего маскирования, причем этап дополняющего маскирования выполняют по меньшей мере в области критических границ маски, а этап частичного маскирования выполняют в области, находящейся на расстоянии от области критической границы маски, при этом способ частичного маскирования не является процессом с использованием пасты, а пасту выбирают так, что возникающий при нанесении на деталь уплотнительный валик имеет угол контакта по меньшей мере 90°. По второму варианту на деталь в области по меньшей мере одной критической границы маски наносят первый уплотнительный валик, а второй уплотнительный валик по меньшей мере частично наносят на этот первый уплотнительный валик для образования двойного уплотнительного валика, при этом угол контакта двойного уплотнительного валика составляет по меньшей мере 90°. Изобретение направлено на повышение качества наносимых покрытий за счет повышения точности позиционирования критических границ маски. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.
Настоящее изобретение касается способа маскирования части поверхности детали, на которую должно быть нанесено покрытие посредством термического напыления.
Термическое напыление представляет собой процесс нанесения покрытия, при котором материал, например, в виде порошка, непрерывно плавится. Возникающие при этом капельки отбрасываются на снабжаемую покрытием поверхность, вследствие чего сплющенные капельки скапливаются на поверхности. Создающиеся таким образом слоистые пласты приводят к нанесению покрытия, которое, например, может быть более твердым, более хрупким, а также более пористым, чем не снабженная покрытием деталь.
При этом следует заметить, что каждый плавящийся материал может распыляться, и что почти каждый материал детали и почти каждая геометрия детали может снабжаться покрытием. Достижимая этим способом степень автоматизации очень высока, точно так же, как и воспроизводимость, а также достижимое качество слоев.
Однако во многих случаях не вся поверхность детали должна снабжаться покрытием. Поэтому те части поверхности, которые не должны снабжаться покрытием, должны укрываться, т.е. маскироваться. К сожалению, достижимая при маскировании степень автоматизации до сих пор очень низка. Во многих случаях детали еще маскируются вручную.
С одной стороны, находят применение накладные маски, как описано, например, в JP 3158451 или US 6645299. С другой стороны, применяют клеящиеся маски из клейких лент, которые наклеиваются прямо на не снабжаемые покрытием части поверхности.
Небольшой обзор распространенных способов маскирования в связи с термическим напылением дан в WO2010/031370 A1. Там также делается ссылка на возможность нанесения маскировки из лака или из содержащей связующее средство смеси на подлежащую защите область, как это, например, описано в US 4464430. Однако там маскирование осуществляется посредством нанесения покрытия погружением, когда не снабжаемые покрытием посредством термического напыления части поверхности погружаются в погружную ванну. Этот способ, конечно, ограничен очень малым количеством геометрий.
В самой WO2010/031370 A1 описывается маскирование, которое выполняется из упругого материала, имеющего слегка уменьшенный размер. Под описанными там материалами находятся также, например, эластомеры. При нанесении маскировки на деталь маскировка вследствие уменьшенного размера очень плотно присоединяется к детали. Этот вид маскировки хорошо функционирует, прежде всего, тогда, когда деталь должна маскироваться со всех сторон.
Все вышеописанные методы обладают по меньшей мере двумя недостатками: с одной стороны, они не могут автоматизироваться, или если вообще могут, то только с очень большими техническими издержками. С другой стороны, во многих случаях они не допускают желаемой в данном случае применения точности. Так, во многих случаях применения те линии, которые задают переходы от снабжаемых покрытием к не снабжаемым покрытием частям поверхности, должны соблюдаться очень точно и, прежде всего воспроизводимо. Такие линии называются далее критическими границами маски.
При этом ясно, что могут также иметься определяющие переходы линии, которые требуют меньшей точности. Далее они называются некритическими границами маски.
Поэтому в основе настоящего изобретения лежит задача, указать широко автоматизированный метод маскирования, который позволяет позиционировать критические границы маски с требуемой высокой точностью.
В соответствии с изобретением маска по меньшей мере вдоль критических границ маски реализуется посредством пасты, которая выпускается из форсунки. Используемый в настоящем описании термин «паста» означает жидкий материал, который обладает такой степенью вязкости, что он может наноситься на поверхность детали в виде уплотнительного валика с любой формой контура, не растекаясь на поверхности. В соответствии с изобретением паста является отверждаемой.
Вязкость имеет большое влияние на точность, с которой должен создаваться уплотнительный валик с его геометрической особенностью (создание затенения). По этой причине по одному из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения паста и/или маскируемая деталь обрабатывается и наносится в заданной темперированной окружающей среде (охлажденной).
Например, отверждение может осуществляться путем испарения содержащегося в пасте растворителя. Однако по одному из предпочтительных вариантов осуществления отверждение по меньшей мере частично реализуется путем сшивания, в частности предпочтительно путем сшивания под воздействием излучения.
По одному из особенно предпочтительных вариантов осуществления находит применение паста, отверждаемая ультрафиолетом. Это, в частности, предпочтительно потому, что паста должна только слегка отверждаться незадолго до ее нанесения на деталь. В рамках термического напыления, и прежде всего тогда, когда речь идет о плазменном способе, деталь по условиям плазменного способа подвергается действию более интенсивного ультрафиолетового излучения, что приводит к дальнейшему отверждению и в идеальном случае полному отверждению. Благодаря тому, что паста сначала должна только слегка отверждаться, могут применяться более экономичные источники ультрафиолета и/или сокращаться время облучения ультрафиолетом.
По другому варианту осуществления настоящего изобретения маскирование совершается за два этапа. Соответственно этому маскируемые поверхности маскируются одним из способов, которые уже известны из уровня техники, однако при этом в области критических границ маски не предусмотрено маскирование с помощью соответственно известных средств. То есть речь идет о частичном маскировании, при этом области вокруг критических границ маски пропускаются. Затем области вокруг критических границ маски по этому варианту осуществления маскируются вышеупомянутым способом, т.е. маскирующая паста посредством по меньшей мере одной форсунки наносится на эти области, и так завершается маскирование. При этом предпочтительно следует обратить внимание на то, что при завершении маскирования происходит перекрытие с частичным маскированием, чтобы гарантировать, что между частичным маскированием и завершающим маскированием не возникнут немаскированные области.
При этом способе особенно предпочтительно, что маскирование относительно больших поверхностей, которые при процессе с использованием пасты отнимали бы много времени, может наноситься относительно неточно в отношении положения способом, а критические краевые области критических границ маски процессом с использованием пасты могут наноситься очень точно. Неточный способ может относительно просто автоматизироваться. Также возможна автоматизация процесса с использованием пасты. При процессе с использованием пасты необходимо, чтобы место выпуска форсунки двигалось относительно маскируемых, близких к границе маски областей в ходе раздачи пасты. При этом либо форсунка, либо деталь может быть установлена на роботе. Предпочтительно в случае более мелких маскируемых деталей, чтобы деталь монтировалась бы на руке робота, так как тогда соединение форсунки с резервуаром для пасты, которое чаще всего обеспечивается с помощью шлангов, не подвергается какому-либо перемещению. Но в случае деталей большего размера, которые перемещать труднее, может быть предпочтительно монтировать форсунку на руке робота. Выражаясь более обобщенно, могут быть предусмотрены средства для позиционирования и/или ориентирования детали и/или средства для позиционирования и/или ориентирования указанной по меньшей мере одной форсунки.
Благодаря управляемому роботом перемещению в пространстве можно осуществлять перемещение по траекториям свободной формы.
Как уже описано выше, критическая граница маски описывается точным уплотнительным валиком. Некритические границы маски могут подразделяться по меньшей мере на две категории, а именно, нанесение, например, простых оболочек. Однако в некоторых случаях не поднутрения не могут наноситься оболочки, или они при известных условиях ограничивали бы процесс раздачи. По этой причине по одному из предпочтительных вариантов осуществления во втором диспенсере находит применение низковязкий пастообразный материал. Вследствие низкой вязкости он стекает, и так может очень хорошо наноситься на поверхность. Перед этим накладываются точные уплотнительные валики.
Как уже указывалось, точное маскирование в области критических границ маски необходимо во многих применениях. Но изобретатели установили, что иногда в этих областях, хотя маскировка наносилась очень точно, после удаления маскировки отсутствовал нанесенный термическим напылением слой. Из этого наблюдения родилась идея, попробовать реализовать маскировку вдоль критических границ маски не медленно поднимающейся, а с высокой крутизной. За этим стоит предположение, что, когда на переходе от снабжаемой покрытием области к не снабжаемой покрытием области термически напыленный слой реализован как непрерывный слой, выходящий за критическую границу маски, при удалении покрытия компоненты напыленного слоя увлекаются за границу маски.
Поэтому, чтобы избежать такого непрерывного слоя, предпочтительно паста адаптируется к материалу маскируемой детали так, что получается угол контакта по меньшей мере 90°. Затем толщина маски у критической границы маски возрастает не непрерывно, а образует по меньшей мере перпендикулярную, если даже не нависающую стенку. Это приводит к тому, что термически напыленный слой по существу прерван у критической границы маски. Поэтому при удалении маскировки никакие части слоя не увлекаются за критическую границу маски. Если угол контакта превышает 90°, то возникает усиленный эффект затенения, что также способствует отделению напыленных слоев слева и справа от критической границы маски. Чтобы еще больше усилить этот эффект затенения, в одном из особенно предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения на первый уплотнительный валик накладывается по меньшей мере один второй уплотнительный валик. Этот второй уплотнительный валик наносится так, что реализуется усиленное нависание, что имеет следствием усиление эффекта затенения.
При этом угол контакта определяется аналогично углу контакта у граничной поверхности между жидкостью и твердым веществом, так как, когда наносится паста, образуется угол контакта, причем этот угол контакта, независимо от того, отверждается ли паста или нет, по существу не изменяется во время всего процесса. То есть как угол контакта далее определяется угол, который заключается поверхностью детали у граничной поверхности между деталью и уплотнительным валиком, и касательной в поверхности уплотнительного валика или, соответственно, касательной к поверхностям двойных уплотнительных валиков.
Фиг.1 иллюстрирует соответствующую ситуацию, при которой на деталь 1 нанесены два находящихся друг на друге уплотнительных валика 3, причем таким образом, что угол контакта α > 90° (видно на левом крае фигуры). Угол контакта α < 90° был бы не оптимален, так как здесь могут возникать проблемы отслоения слоя 5 (видно на правом крае фигуры).
1. Способ нанесения маски на поверхность детали перед термическим напылением покрытия, при этом не на всю поверхность детали должно наноситься покрытие, и те части поверхности, на которые не должно наноситься покрытие, закрывают посредством маскирования перед нанесением покрытия, и закрытие выполняют процессами с использованием пасты по меньшей мере в областях критических границ маски, при этом паста выпускается по меньшей мере из одной форсунки, причем паста представляет собой отверждаемую пасту, и отверждение осуществляют воздействием излучения, предпочтительно посредством ультрафиолетового излучения, отличающийся тем, что маскирование включает в себя этап частичного маскирования и этап дополняющего маскирования, при этом этап дополняющего маскирования выполняют по меньшей мере в области критических границ маски, а этап частичного маскирования выполняют в области, находящейся на расстоянии от области критической границы маски, причем частичное маскирование не является процессом с использованием пасты, при этом пасту выбирают так, что возникающий при нанесении на деталь уплотнительный валик имеет угол контакта по меньшей мере 90°.
2. Способ нанесения маски на поверхность детали перед термическим напылением покрытия, при этом не на всю поверхность детали должно наноситься покрытие, и те части поверхности, на которые не должно наноситься покрытие, закрывают посредством маскирования перед нанесением покрытия, и закрытие выполняют процессами с использованием пасты по меньшей мере в областях критических границ маски, при этом пасту выпускают по меньшей мере из одной форсунки, причем паста представляет собой отверждаемую пасту, и отверждение осуществляют воздействием излучения, предпочтительно посредством ультрафиолетового излучения, отличающийся тем, что в ходе процесса с использованием пасты на деталь в области по меньшей мере одной критической границы маски наносят первый уплотнительный валик, а второй уплотнительный валик по меньшей мере частично наносят на этот первый уплотнительный валик для образования двойного уплотнительного валика, при этом угол контакта двойного уплотнительного валика составляет по меньшей мере 90°.
