Was ist thermisches Spritzen? - Typen und Anwendung

Heutzutage werden thermische Spritzbeschichtungen in einer Reihe unterschiedlicher Industrien eingesetzt. Diese Beschichtungen bestehen aus Draht und geschmolzenem Pulver, die einer Plasma- oder Oxy-Fuel-Verbrennung ausgesetzt werden. Das Feuer der Sprühvorrichtung treibt die erhitzte Mischung an, und sobald sie auf Metall gesprüht wurde, behält die Mischung eine feste Beschichtung.

Thermische Spritzbeschichtungen werden in einem breiten Spektrum vieler nützlicher Anwendungen verwendet, die den Schutz von Flugzeugen, Gebäuden und anderen Strukturen vor extremen Temperaturen, Chemikalien oder Umweltbedingungen wie Feuchtigkeit und Regen umfassen können. In diesem Artikel werden wir diskutieren, was thermisches Spritzen ist und wie es durchgeführt wird, sowie seine Anwendung und Vorteile.

Was ist thermische Spritzbeschichtung?

Thermische Spritztechniken sind Beschichtungsverfahren, bei denen geschmolzene (oder erhitzte) Materialien auf eine Oberfläche gesprüht werden. Das „Ausgangsmaterial“ (Beschichtungsvorläufer) wird elektrisch (Plasma oder Lichtbogen) oder chemisch (Verbrennungsflamme) erhitzt.

Thermisches Spritzen kann im Vergleich zu anderen Beschichtungsverfahren wie Galvanik, physikalischer und chemischer Gasphasenabscheidung dicke Beschichtungen (ungefährer Dickenbereich beträgt 20 Mikrometer bis mehrere mm, je nach Verfahren und Ausgangsmaterial) über eine große Fläche mit einer hohen Abscheidungsrate liefern .

Zu den für das thermische Spritzen verfügbaren Beschichtungsmaterialien gehören Metalle, Legierungen, Keramiken, Kunststoffe und Verbundstoffe. Sie werden in Pulver- oder Drahtform zugeführt, bis zu einem geschmolzenen oder halbgeschmolzenen Zustand erhitzt und in Form von Partikeln in Mikrometergröße auf Substrate beschleunigt.

Als Energiequelle für das thermische Spritzen wird üblicherweise Verbrennung oder Lichtbogenentladung verwendet. Die resultierenden Beschichtungen werden durch die Anhäufung zahlreicher gesprühter Partikel hergestellt. Die Oberfläche darf sich nicht wesentlich erhitzen, was die Beschichtung mit brennbaren Substanzen ermöglicht.

Die Qualität der Beschichtung wird normalerweise durch Messen ihrer Porosität, ihres Oxidgehalts, ihrer Makro- und Mikrohärte, ihrer Haftfestigkeit und ihrer Oberflächenrauheit beurteilt. Generell steigt die Beschichtungsqualität mit zunehmender Partikelgeschwindigkeit.

Neben Erstausrüstungsanwendungen werden thermische Spritzbeschichtungen verwendet, um im Betrieb verschlissene und beschädigte Teile zu reparieren und die Abmessungen von bearbeiteten Teilen wiederherzustellen. Thermische Spritzbeschichtungen werden verwendet, um die Abmessungen von verschlissenen oder korrodierten Komponenten wie Druckwalzen und unterdimensionierten Lagern wiederherzustellen.

Wie wird thermisch gespritzt?

Thermisches Spritzen ist eine generische Kategorie von Beschichtungsverfahren, bei denen ein Verbrauchsmaterial als Spray aus fein verteilten geschmolzenen oder halbgeschmolzenen Tröpfchen aufgetragen wird, um eine Beschichtung zu erzeugen.

Es zeichnet sich durch seine Fähigkeit aus, Beschichtungen aus Metallen, Cermets, Keramiken und Polymeren in Schichten mit beträchtlicher Dicke, typischerweise 0,1 bis 10 mm, für technische Anwendungen abzuscheiden. Nahezu jedes Material kann aufgetragen werden, solange es während des Sprühvorgangs schmilzt oder plastisch wird. An der Substratoberfläche bilden die Partikel „Spritzer“ oder „Plättchen“, die ineinandergreifen und sich aufbauen, um die Beschichtung zu ergeben.

Die Abscheidung verschmilzt nicht mit dem Substrat oder muss eine feste Lösung bilden, um eine Bindung zu erreichen. Dies ist ein wesentliches Merkmal des thermischen Spritzens im Vergleich zu vielen anderen Beschichtungsverfahren, insbesondere Lichtbogenschweißen, Löten und Laserbeschichtungsverfahren.

Die Bindung zwischen einer thermisch gespritzten Beschichtung und dem Substrat ist hauptsächlich mechanisch und nicht metallurgisch oder geschmolzen. Die Haftung auf dem Substrat hängt vom Zustand der Substratoberfläche ab, die vor dem Sprühen sauber und durch Sandstrahlen oder maschinelle Bearbeitung aufgeraut sein muss.

Thermische Spritzverfahren werden seit vielen Jahren in allen wichtigen Bereichen der Maschinenbauindustrie zum Schutz und zur Regenerierung von Komponenten eingesetzt. Jüngste Geräte- und Prozessentwicklungen haben die Qualität verbessert und den potenziellen Anwendungsbereich für thermisch gespritzte Beschichtungen erweitert.

Arten von thermischen Spritzbeschichtungsverfahren

Es werden mehrere Varianten des thermischen Spritzens unterschieden:

• Plasmasprühen
• Detonationssprühen
• Lichtbogendrahtspritzen
• Flammspritzen
• Hochgeschwindigkeits-Oxy-Fuel-Beschichtungsspritzen (HVOF)
• Hochgeschwindigkeits-Luftkraftstoff (HVAF)
• Warmspritzen
• Kaltspritzen
• Spritzen und Fixieren

Bei klassischen (zwischen 1910 und 1920 entwickelten) aber immer noch weit verbreiteten Verfahren wie dem Flammspritzen und dem Lichtbogenspritzen sind die Partikelgeschwindigkeiten im Allgemeinen gering (<150 m/s) und die Rohstoffe müssen geschmolzen werden, um abgeschieden zu werden.

Das in den 1970er Jahren entwickelte Plasmaspritzen verwendet einen durch Bogenentladung erzeugten Hochtemperatur-Plasmastrahl mit typischen Temperaturen>15.000 K, der das Spritzen von hochschmelzenden Materialien wie Oxiden, Molybdän etc. ermöglicht.

Hier diskutieren wir die 5 gebräuchlichsten Verfahren zur Erzeugung thermischer Spritzschichten im Detail:

1. HVOF (Hochgeschwindigkeits-Autogenspritzen)

HVOF ist ein Prozess, bei dem ein Brenner verwendet wird, der es der Flamme ermöglicht, sich auszubreiten, wenn die Düse verwendet wird. Dies erzeugt eine schnelle Beschleunigung, die die Partikel in der Mischung beschleunigt. Das Endergebnis ist eine außergewöhnlich dünne Beschichtung, die gleichmäßig aufgetragen wird. Obwohl diese Beschichtung dünn ist, ist sie stark und haftet gut. Seine Korrosionsbeständigkeit ist besser als bei Plasmabeschichtungen, aber es ist nicht gut für hohe Temperaturen geeignet.

2. Brennflammspritzen

Das Brennflammspritzen ist eine hervorragende Option für Oberflächen, die nicht für extreme Beanspruchung ausgelegt sind. Die aus diesem Verfahren resultierende Beschichtung haftet nicht stark an der Oberfläche, da der Sprühmechanismus durch eine geringere Flammengeschwindigkeit angetrieben wird.

Die Flamme wird durch Sauerstoff erzeugt, der mit Brennstoff kombiniert wurde, und dieser wird das Gemisch schmelzen. Das Verbrennungsflammspritzen ist aufgrund seiner geringen Kosten für Anwendungen mit geringer Intensität beliebt.

3. Plasmaspritzen

Beim Plasmaspritzen wird der Plasmabrenner als Hauptwerkzeug zum Erhitzen und Spritzen der Beschichtung verwendet. Nach dem Aufschmelzen des Pulvermaterials wird es ähnlich wie beim Flammspritzen auf das Produkt aufgebracht.

Die beim Plasmaspritzen entstehenden Schichten können einige Mikrometer bis einige Millimeter dick sein. Während das Pulver das am weitesten verbreitete Material ist, werden auch Metalle und Keramiken verwendet. Das Plasmaspritzverfahren ist aufgrund seiner Anpassungsfähigkeit sehr beliebt.

4. Vakuumplasmaspritzen

Das Vakuumplasmaspritzen wird in einer kontrollierten Umgebung durchgeführt, verwendet jedoch niedrige Temperaturen. Dadurch wird das Vakuum aufrechterhalten und gleichzeitig Materialschäden reduziert. Eine Vielzahl von Gaskombinationen kann verwendet werden, um den erforderlichen Druck zum Sprühen zu erreichen.

Das Vakuum-Plasmaspritzen wird beispielsweise für Autostoßstangen, Armaturenbretter oder Gehäuse von Außenspiegeln verwendet. Dieses Verfahren kann auch für die Vorbehandlung von Polyethylen-Formteilen verwendet werden, die eine Haftung für Epoxidklebstoffe auf Wasserbasis bietet.

5. Zweidraht-Lichtbogenspritzen

Dieses Spritzverfahren nutzt einen Lichtbogenpunkt, der zwischen zwei elektrisch leitfähigen Drähten erzeugt wird. Das Schmelzen tritt an der Stelle auf, an der die Drähte verbunden sind. Der Lichtbogen ermöglicht eine Erwärmung, die wiederum Abscheidung und Schmelzen erzeugt, ähnlich wie beim Flammspritzen, das mit einem Brenner verwendet wird.

Zum Spritzen der Beschichtungen wird Druckluft verwendet. Dieses Verfahren ist aufgrund seiner Kosteneffizienz beliebt und verwendet normalerweise Aluminium oder Zink als Basismaterial.

Vorteil thermisch gespritzter Beschichtungen

Zu den Vorteilen thermischer Spritzbeschichtungen gehören unter anderem:

• Reduzierte Kosten. Die Kosten für die Reparatur der Komponente sind geringer als der Kauf einer neuen. Oftmals hält die Beschichtung tatsächlich länger als das verwendete Originalmaterial.
• Geringer Wärmeeintrag. Bis auf wenige Ausnahmen belässt das thermische Spritzverfahren die thermische Vorgeschichte des Bauteils.
• Vielseitigkeit. Nahezu jedes Metall, jede Keramik oder jeder Kunststoff kann thermisch gespritzt werden.
• Dickenbereich. Je nach Material und Sprühsystem können Beschichtungen mit einer Dicke von 0,001 bis über 1 Zoll gespritzt werden. Die Dicke liegt typischerweise im Bereich von 0,005–0,1 Zoll.
• Verarbeitungsgeschwindigkeit. Die Sprühraten liegen je nach Material und Sprühsystem zwischen 3 und 60 lb/h. Typische Raten für das Auftragen von Material sind 1/2 -2 lb Material pro Quadratfuß pro 0,01 Zoll Dicke.

Nachteile thermischer Spritzbeschichtungen

• Verkleidet das Substrat – Da thermische Spritzbeschichtungen so effizient sind, ist es in vielen Fällen unmöglich, nach dem Beschichtungsprozess festzustellen, aus welchem ​​Material das Substrat bestand, es sei denn, es werden strenge Aufzeichnungen geführt. Für weitere Informationen wenden Sie sich hier an Green Leaf Business Solutions.
• Die Wirksamkeit kann nicht genau bewertet werden – Nach dem Auftragen der thermischen Spritzbeschichtung ist es oft schwierig, genau zu sagen, wie gut die Beschichtung aufgetragen wurde, außer durch eine visuelle Beurteilung.
• Aufwändige Einrichtung – Einige der Methoden der thermischen Spritzbeschichtung erfordern sehr teure Geräte, was zu hohen anfänglichen Einrichtungskosten führen kann.