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Kein Folientitel

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Title: Kein Folientitel Author: M. Kirchgassner Last modified by: Martin Kirchgassner Created Date: 2/25/1998 4:28:02 PM Document presentation format – PowerPoint PPT presentation

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Title: Kein Folientitel


1
Grundlagen der thermischen Spritztechnik Oberfläc
hentechnik 1.15 Dipl. Ing. Martin Kirchgaßner
2
Grundlagen der thermischen Spritztechnik
  • Einleitung und Prinzip
  • Vergleich zu anderen Oberflächentechnologien
  • Beanspruchungsprofil
  • Verfahren und Technologien
  • Warmspritzen - Kaltspritzen
  • Werkstoffe
  • Charakterisierung von Spritzschichten
  • Anwendungen

3
Einsatzbedingungen
Maß an Funktionserfüllung
Konstruktive Gestaltung
Werkstoff
4
Prinzip des thermischen Spritzens
5
  • Zweck des thermischen Spritzens
  • Bekämpfung von
  • Korrosion
  • Verschleiß
  • Oberflächenveredelung
  • besondere thermische und elektrische
    Eigenschaften
  • Dekor

6
  • Verschleißschutz
  • Korrosionsschutz
  • Thermische Isolation
  • Elektrische Isolation
  • Elektrisch leitende Schichten
  • Gleitschichten
  • Antihaftbeläge
  • Oxidationsschutz
  • Heißgaskorrosionsschutz
  • Dekoration

7
Anwendungen
Anwendungen
Vorbeugende Instandhaltung Beschichten
Vorbeugende Instandhaltung Beschichten
Instandsetzung Aufbau und Beschichten
Instandsetzung Aufbau und Beschichten
Verschleissschutz
Verschleissschutz
Korrosionsschutz (Oxidation)
Korrosionsschutz (Oxidation)
Ausbessern von Bearbeitungsfehlern / falsche
Toleranzen
Ausbessern von Bearbeitungsfehlern / falsche
Toleranzen
8
Die wichtigsten OberflächenverfahrenBeeinflussung
der Randschicht
  • Mechanische
  • Oberflächenverfestigung
  • Strahlen
  • Rollen
  • Druckpolieren
  • Randschichthärten
  • Flammhärten
  • Induktionshärten
  • Impulshärten
  • Elektronenstrahlhärten
  • Laserstrahlhärten
  • Thermochemische
  • Oberflächenverfahren
  • Aufkohlen
  • Borieren
  • Carbonitrieren
  • Chromieren
  • Nitrieren
  • Physikalische Abscheidung aus der
  • Gasphase (PVD)
  • Aufdampfen
  • Sputtern
  • Ionenplattieren
  • Chemische Abscheidung aus der
  • Gasphase (CVD)
  • Titannitrid
  • Titancarbid
  • Titancarbonitrid
  • Aluminiumoxid

9
Die wichtigsten OberflächenverfahrenAufbringen
bzw. Abscheiden von Überzügen
  • Mechanische Verfahren
  • Walzplattieren
  • Sprengplattieren
  • Thermische Verfahren
  • Auftragschweißen
  • Aufschmelzen
  • Auflöten
  • Aufsintern
  • Mechanothermische Verfahren
  • Thermisches Spritzen ohne Einschmelzen
  • Thermisches Spritzen mit Einschmelzen
  • Detonationsbeschichten
  • Chemische Verfahren
  • Stromlose Metallabscheidung (z.B. Vernickeln)
  • Chem. Reaktionsschichten (z.B. Phosphatieren)
  • Elektrochemische Verfahren
  • Verchromen
  • Vernickeln
  • Dispersionsschichten
  • Anodische Oxidation

10
(No Transcript)
11

12
Schichtdickenbereiche von Oberflächenbeschichtung
en
13
Vorteile des thermischen Spritzens
  • optimale Anpassung der Bauteiloberfläche
  • an die Beanspruchung
  • geringe thermische Beanspruchung
  • des Grundwerkstoffes
  • Verarbeitung nahezu aller Werkstoffe
  • Metalle, Legierungen
  • Keramik
  • Kunststoffe
  • großer Schichtdickenbereich 0,1- 10 mm

lt 250C !
14
(No Transcript)
15
Verfahrensübersicht nach DIN 32530
Thermisches Spritzen mit nachträglichem
Schmelzverbinden
Thermisches Spritzen mit gleichzeitigem
Schmelzverbinden
Thermisches Spritzen ohne Nachbehandlung
Schmelzbad-spritzen
FlammspritzenDraht/Pulver
Kondensator-entladungsspr.
FlammspritzenPulver
Flammschock-spritzen
Draht-Licht-bogenspritzen
Hochgeschwin-digkeitsspr.
Plasmaspritzen
16
(No Transcript)
17
Aufbau einer Kaltbeschichtung
18
(No Transcript)
19
(No Transcript)
20
(No Transcript)
21
  • Phasen des Spritzprozesses
  • Aufschmelzen des Zusatzwerkstoffes
  • Zerstäuben und Beschleunigung des auf- bzw.
    angeschmolzenen Partikel
  • Flugphase
  • Aufprall und Verbindung mit dem Grundwerkstoff
  • Flugphase
  • große spezifische Oberfläche der Pulverpartikel
  • rasche Wärmeabgabe
  • temperaturabhängiges Gaslösungsvermögen
  • Reaktion mit Gasatmosphäre
  • kein Gleichgewichtszustand durch rasche
    Abkühlung
  • viele Fehlstellen, teils haftungsverbessernd

22
(No Transcript)
23
Haftung der Spritzschichten
  • abhängig von folgenden Faktoren
  • Aktivierungszustand der Grenzschicht, Reinheit
  • thermische und kinetische Energie der
    Spritzpartikel
  • Porengehalt
  • Oxidgehalt

24
Haftungsmechanismen
mechanische Verklammerung Adhäsion physikalisch
Annäherung auf Gitterdimension chemisch
Austausch von Valenzelektronen bei affinen
Werkstoffen Epitaxie strukturgleiches,
orientiertes Anwachsen des Gastgitters
auf dem Wirtsgitter metallurgische
Wechselwirkungen Diffusion Reaktion partielles
Verschweißen
25
Haftungsmechanismen beim thermischen Spritzen
mechanische Verklammerung
Adhäsion (physikal. Adsorption, Chemisorption)
Epitaxie
metallurgische Wechselwirkung (Diffusion,
Reaktion)
partielles Verschweißen
26
Haftzugfestigkeit verschiedener Spritzverfahren
27
Vergleich thermische - kinetische Energie
FS...Flammspritzen LBS...Lichtbogenspritzen PS...P
lasmaspritzen HGS...Hochgeschwindigkeitsspritzen D
S...Detonationsspritzen
Temperatur C
3000 C
PS
2000 C
DS
LBS
FS
HGS 2. Generation
HGS
1000C
100
300
500
700
900
Partikelgeschwindigkeit m/s
28
  • Vorbereiten der Oberfläche
  • metallisch blank
  • fettfrei
  • Vorwärmen 70 - 80 C
  • Mechanische Aktivierung der Oberfläche
  • Rauhstrahlen (Hartgußkies, Al2O3)
  • Rauhtiefe Rtgt30 µm
  • Gewindeartiges Vordrehen (Vorsicht bei
    dynamischer Beanspruchung)
  • Schleifen (keramisch gebundene Schleifsteine)
  • Vorwärmung (60 - 200C)

29
(No Transcript)
30
(No Transcript)
31
Flammspritzen
  • Flammentemperatur bis 3160C
  • Partikelgeschwindigkeit 20-100m/s
  • Spritzabstand 100-200mm
  • Spritzzusätze Pulver, Drähte
  • Substrate Metall, Keramik, Holz, Kunststoff,
    Glas
  • Auftragsrate Draht 2-15kg, Pulver 1-5kg

32
Aufbau eines Pulverflammspritzgerätes
33
(No Transcript)
34
Hauptparameter beim Pulverflammspritzen
  • Flammenleistung
  • Flammeneinstellung
  • Preßluft
  • Pulver-Transportgas Durchfluß
  • Pulver Morphologie, Zusammensetzung
  • Spritzabstand
  • Umfangsgeschwindigkeit\Vorschub
  • Vorwärmtemperatur

35
Prinzip des Drahtflammspritzens
36
Hauptparameter beim Drahtflammspritzen
  • Flammenleistung
  • Flammeneinstellung
  • Preßluft
  • Drahtvorschubgeschwindigkeit
  • Draht Durchmesser, Zusammensetzung
  • Spritzabstand
  • Umfangsgeschwindigkeit\Vorschub
  • Vorwärmtemperatur

37
Vorteile der Flammspritzens
  • breite Palette an Zusatzwerkstoffen v. a. in
    Pulverform
  • metallisch oder nichtmetallisch
  • geringe Investitionskosten
  • geringe Bauteilerwärmung
  • nachträglich einschmelzbare Legierungen
  • Warmspritzen
  • WC-hältige Beschichtungssysteme

38
Prinzip des Lichtbogenspritzens
39
Hauptparameter beim Lichtbogenspritzen
  • Drahtvorschub/Stromstärke
  • groß grobe Struktur, niedrigere Spannungen,
    niegrigere Oxidgehalte, höhere Porosität
  • klein feinere Struktur, höhere Spannungen,
    weniger Wärmeeinbringung,
  • geringere Porosität, höherer Oxidgehalt
  • Spannung
  • hoch höhere Lichtbogentemperatur, feinere
    Struktur, höherer Oxidgehalt, höhere Spannung
  • niedrig niegrigere Lichtbogentemperatur,
    gröbere Struktur, niedrigere Oxidgehalt,
  • Druck des Zerstäubermediums
  • hoch feinere Struktur, höherer Oxidgehalt,
    geringere Porosität, höhere Spannung
  • niedrig gröbere Struktur, niedrigerer
    Oxidgehalt, höhere Porosität, geringere
    Spannungen
  • Umfangsgeschwindigkeit\Vorschub
  • Spritzabstand
  • groß höherer Oxidgehalt, weniger
    Wärmeeinbringung, weniger Spannungen
  • klein weniger Oxide, höherer Wärmeeintrag, mehr
    Spannungen

40
Lichtbogenspritzen Anwendungen
  • Maschinenteile Verschleißschutz, Reparatur
  • Werkstoff Stahl, NiCr, Fülldraht
  • Korrosionsschutz Atmosphäre, Offshore
  • Al, Zn, AlZn
  • Elektrik, Elektronik Widerstände, Varistoren,
  • Kondensatoren, usw.
  • Al, Cu, Zn, NiCr
  • Andere Anwendungen z.B. Formenbau
  • Zn, Pb, Al, NiAl, Fülldrähte

41
Lichtbogenspritzen
  • Lichtbogentemperatur bis 5000C
  • Partikelgeschwindigkeit 100-300 m/s
  • Spritzabstand 100-250mm
  • Anlagen bis 600A
  • Spritzzusätze elektrisch leitfähige Drähte
  • Durchmesser 1,6 - 4,8 mm
  • Substrate Metall, Keramik, Holz, Kunststoff,
    Glas
  • Auftragsraten Al bis 15kg/h
  • Zn bis 200kg/h
  • Stahl bis 30kg/h

42
Hauptvorteile des Lichtbogenspritzens
  • hohe Spritzgutmenge
  • große Flächenleistung
  • gute Reproduzierbarkeit
  • hohe Haftzugfestigkeit
  • kostengünstiges Verfahren
  • keine Kosten für Brenngas/Sauerstoff
  • hohe Auftragsrate
  • Lichtbogen brennt nur während
  • des eigentlichen Beschichtens
  • geringere Vorwärmung

43
Prinzip des Plasmaspritzens
44
Prinzip des Detonationsbeschichtens
45
Prinzip des Hochgeschwindigkeitsflammspritzens
46
(No Transcript)
47
(No Transcript)
48
(No Transcript)
49
Aufbau einer Warmbeschichtung
50
Wolframkarbide in einer selbstfließenden Matrix
51
Thermisches Spritzen mit gleichzeitigem
Einschmelzen Standardverfahren (Eutalloy)
  • Aufspritzen mit gleichzeitigem Einschmelzen
  • Gasschmelzschweißen - v.a. Diffusionsbindung zum
    Grundwerkstoff
  • in allen Positionen verwendbar
  • sparsame und punktgenaue Auftragung an Kanten
  • Reparatur von Graugußteilen
  • Korrosions- und Verschleißschutz
  • Arbeiten mit Zusatzstab

52
Thermisches Spritzen mit gleichzeitigem
Einschmelzen Arbeitsweise Standardverfahren
(Eutalloy)
  • Werkstückvorbereitung Entfetten, Schmutz,
    Zunder entfernen
  • metallisch blanke Oberfläche am besten mit
    keramisch gebundenen
  • Schleifscheiben schleifen
  • Kanten brechen, auf r2-3 abrunden
  • vorwärmen auf 50-200 C - Vorpulvern (0,1-0,2 mm
    Schicht aufspritzen)
  • zur Vermeidung von Oxidation
  • bei massiven Bauteilen weiterwärmen auf 300C
    (Blauwärme)
  • örtlich weitererwärmen und gleichzeitig spritzen
    und schmelzen
  • Abkühlung an ruhender Luft bzw. in Granulat
  • Schichtdicke 0,5 - 2,0 mm

53
Thermisches Spritzen mit gleichzeitigem
Einschmelzen Standardverfahren (Eutalloy)
  • Option 2-stufige Arbeitsweise

54
Thermisches Spritzen mit gleichzeitigem
Einschmelzen Hochleistungsverfahren (Eutalloy SF)
  • wassergekühltes Spritzsystem für hohe
    Auftragsraten
  • bei gleichzeitigem Spritzen und Schmelzen,
    konzentrierte Flamme
  • bis 4kg/h Spritzgutmenge
  • Auftragsrate gt 90
  • dichte, eingeschmolzene Beschichtungen,
    Diffusion zum Grundwerkstoff
  • thermische Leistung bis 28 kW
  • Auftragsdicke in einer Lage 0,8 - 3,0 mm
  • Auftragungen in Position

55
Thermisches Spritzen mit gleichzeitigem
Einschmelzen Anwendungsbeispiele
  • Schnecke z. B. Ziegel-Preßschnecken
  • Stabilizer in der Erdölindustrie
  • Glasformen

56
Thermisches Spritzen mit gleichzeitigem
Einschmelzen Werkstoffe
  • selbstfließende Legierungen auf Basis NiCrBSi
  • mit und ohne Hartstoffverstärkung (WC)

57
Drahtförmige Zusatzwerkstoffe
Massivdrähte Stähle, Al, Cu, Zn, Sn, Ni, Mo
sowie entsprechend ziehbare Legierungen Fülldräht
e Legierungen FeCrBC
Kompositschichten Metall/Karbid, Metall/Borid,
Metall/Oxid intermetallische
Verbindungen 3Ni Al --gt Ni3Al Q
Röhrchendraht
Falzdraht
58
Herstellung pulverförmiger Zusatzwerkstoffe
59
(No Transcript)
60
(No Transcript)
61
(No Transcript)
62
(No Transcript)
63
(No Transcript)
64
(No Transcript)
65
(No Transcript)
66
Pulverförmige Zusatzwerkstoffe
67
Gasverdüstes Pulver
68
Wasserverdüstes Pulver
69
Sprühgetrocknetes Pulverpartikel
70
Gesintert gebrochenes Pulver (Wolframkarbid/Kobalt
)
71
Wolframschmelzkarbid, geschmolzen gebrochen
72
Weitere Charakterisierungsmethoden Haftzugversuc
h Härteprüfung Kleinlasthärteprüfung (HV0,3,
HV1) Mindestschichtstärke empirisch 4-15x
Eindrucktiefe Einfluß von Bindung,
Lamellenstruktur, Porosität, Phasenanteile
73
  • Charakterisierung von Spritzschichten
  • Phasen
  • Homogenität
  • Poren
  • Risse
  • Oxide
  • Diffusionszonen
  • teilweise- oder unaufgeschmolzene Partikel
  • Einschlüsse

74
Haftzugversuch nach DIN 50 160
75
(No Transcript)
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