Beschreibung
Das thermische Spritzen ist ein Beschichtungsverfahren, das immer häufiger im Bereich des Verschleißschutzes, des Korrosionsschutzes sowie der thermischen oder elektrischen Isolation eingesetzt wird. Beim thermischen Spritzen wird der Beschichtungswerkstoff in Form von Pulver oder Draht durch eine Wärmequelle aufgeschmolzen und in Richtung des zu beschichtenden Substrates beschleunigt. Die geschmolzenen Partikel treffen mit hoher Geschwindigkeit auf der Oberfläche auf, werden beim Aufprall deformiert und kühlen rasch ab. Durch Überlagerung vieler Teilchen bildet sich eine Schicht. Die mechanisch - technologischen Eigenschaften dieser Schicht hängen dabei in starkem Maße vom Gefüge der Schicht, d.h. der Porenverteilung und -größe sowie der Größe, Form und Mikrostruktur aufgeprallter und erstarrter Teilchen ab und werden von der Prozessführung beeinflusst. Die gezielte Wahl und Steuerung der Prozessparameter bewirkt eine Veränderung der Aufheiz- und Abkühlbedingungen von Spritzpartikeln während des Spritzprozesses sowie der Schichtbildung und führt zur Ausbildung eines an die jeweilige Anwendung angepassten Gefüges. Die Modellierung der beim thermischen Spritzen ablaufenden Prozesse sowie der Gefügeausbildung erlaubt, eine Beziehung zwischen den Prozessparametern des Spritzprozesses, den Aufheiz- und Abkühlbedingungen und dem entstehenden Gefüge zu ermitteln. Durch eine gezielte Veränderung der Prozesskenngrößen im Modell kann ermittelt werden, welchen Einfluss diese Parameter auf die Gefügeausbildung ausüben. Im Zusammenhang mit einigen wenigen experimentellen Untersuchungen können dann die Schichteigenschaften durch Variation der Prozessparameter auf den jeweiligen Anwendungsfall optimiert werden. Um die Gefügeausbildung beim thermischen Spritzen zu modellieren, erfolgt zunächst eine theoretische Betrachtung der einzelnen Prozessschritte. Dabei wird der Einfluss der Prozesskenngrößen auf das Aufheizen und Beschleunigen der Partikel, die Ausbreitung der Partikel auf dem Substrat, die Überlagerung mehrerer Partikel sowie die Erstarrung und Abkühlung ermittelt. Die prozessabhängigen Gefügeänderungen werden bestimmt, indem der Zusammenhang zwischen Porenbildung, Keimbildung in den schmelzflüssigen Teilchen sowie die Ausbildung der Mikrostruktur in Abhängigkeit von den Prozessparametern beschrieben wird. Mit Hilfe des Modells ist es möglich, bei Veränderungen der Prozessparameter die Veränderung im Gefüge (Poren, Abkühlrate, Keime, Mikrostruktur) vorherzusagen. Experimentelle Untersuchungen dienen dazu, das entwickelte Modell zu verifizieren.
