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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

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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

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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

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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
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Haftungsmechanismen beim thermischen Spritzen
mechanische Verklammerung
Adhäsion (physikal. Adsorption, Chemisorption)
Epitaxie
metallurgische Wechselwirkung (Diffusion,
Reaktion)
partielles Verschweißen
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Haftzugfestigkeit verschiedener Spritzverfahren
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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
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  • 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

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

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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

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Prinzip des Lichtbogenspritzens
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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

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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

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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

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Prinzip des Plasmaspritzens
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Prinzip des Detonationsbeschichtens
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Prinzip des Hochgeschwindigkeitsflammspritzens
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(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

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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

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

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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

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

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

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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
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Herstellung pulverförmiger Zusatzwerkstoffe
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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(No Transcript)
64
(No Transcript)
65
(No Transcript)
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Pulverförmige Zusatzwerkstoffe
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Gasverdüstes Pulver
68
Wasserverdüstes Pulver
69
Sprühgetrocknetes Pulverpartikel
70
Gesintert gebrochenes Pulver (Wolframkarbid/Kobalt
)
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Wolframschmelzkarbid, geschmolzen gebrochen
72
Weitere Charakterisierungsmethoden Haftzugversuc
h Härteprüfung Kleinlasthärteprüfung (HV0,3,
HV1) Mindestschichtstärke empirisch 4-15x
Eindrucktiefe Einfluß von Bindung,
Lamellenstruktur, Porosität, Phasenanteile
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  • Charakterisierung von Spritzschichten
  • Phasen
  • Homogenität
  • Poren
  • Risse
  • Oxide
  • Diffusionszonen
  • teilweise- oder unaufgeschmolzene Partikel
  • Einschlüsse

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Haftzugversuch nach DIN 50 160
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(No Transcript)
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