Verfahren des Metallspritzens: 4 Schritte

Dieser Artikel beleuchtet die vier Hauptschritte des Metallspritzens. Die Schritte sind: 1. Oberflächenvorbereitung 2. Metallisierungsmaterialien und deren Auswahl 3. Auswahl der Metallisierungsprozesse 4. Beschichtungseigenschaften und Bewertung.

Schritt # 1. Oberflächenvorbereitung:

Da die aufgespritzte Metallbeschichtung nur eine mechanische Verbindung mit dem Substrat eingeht, ist die Vorbereitung der Auflagefläche ein entscheidender Schritt für ein erfolgreiches Metallspritzen. Zu besprühende Flächen müssen daher absolut frei von Fett, Öl und anderen Verunreinigungen sein und zur mechanischen Verbindung aufgerauht sein.

Daher wird der Oberfläche eine Art Rauheit oder Unregelmäßigkeit verliehen, an der das gespritzte Metall voraussichtlich hartnäckig haften bleibt. Die zur Erzielung der gewünschten Rauheit angewandten Verfahren sind maschinelle Bearbeitung, Verbundbeschichtung und Strahlstrahlen.

Bearbeitung:

Oberflächen, die nach dem Spritzen bearbeitet werden sollen, benötigen eine außergewöhnlich starke Verbindung. Wenn eine starke Beschichtung erforderlich ist, wird eine Nut oder Hinterschneidung bearbeitet, um den gespritzten Metallschichten die notwendige Verankerung zu verleihen. Diese Hinterschneidungen werden in zylindrischen und ebenen Flächen hergestellt, wie in Fie gezeigt. 18, 17.

Schwalbenschwänze sorgen für eine positive Verankerung, es müssen jedoch zusätzliche Kosten anfallen. Abb. 18.18 zeigt korrekte und nicht geeignete Schwalbenschwanzarten. Um einen abgenutzten Abschnitt auf der Welle zu besprühen, sollten die Kanten des gespritzten Metalls zwangsläufig verzahnt sein, insbesondere wenn sich der Aufbau am Ende der Welle befindet, wie in Abb. 18.19 gezeigt.

Die Nuten werden mit einem standardmäßigen 3 mm-Trennwerkzeug hergestellt, das auf 1, 15 bis 1, 25 mm Breite geschliffen und am Ende abgerundet ist. Die Rillen sind etwa 0, 65 mm tief und im Abstand von 0, 40 mm geschnitten. Die Haltekraft einer solchen Bodenfläche wird durch das Abrollen der Stege mit einem Rändelwerkzeug stark verbessert.

Eine schnellere Methode ist das schnelle Schneiden von groben Fäden auf einer Drehmaschine an Komponenten wie Wellen, Pumpenstangen und Walzen. Das Einfädeln sollte mit 12 bis 16 Fäden / cm mit einer maximalen Gewindetiefe von etwa 0, 2 mm erfolgen. Die geschnittenen Fäden werden dann mit einem Drehwerkzeug nach unten gerollt, bis sie nur teilweise geöffnet sind. Diese Methode der Oberflächenvorbereitung ist für Anwendungen, die keine zu hohe Haftfestigkeit erfordern, durchaus zufriedenstellend.

Vorbereitung der inneren Oberflächen:

Das Aufsprühen von Außenflächen wie von Wellen hat den Vorteil, dass sie schrumpft und sich beim Abkühlen zusammenzieht, um eine Greifwirkung wie eine Schrumpfhülse zu erzielen. Die Schrumpfwirkung einer Beschichtung auf einer inneren Oberfläche kann jedoch dazu führen, dass sich die Beschichtung beim Abkühlen vom Substrat löst. Um diese Schwierigkeit zu überwinden, wird das innen zu spritzende Bauteil unmittelbar vor dem Sprühen auf 175 ° C erhitzt, so dass die Spannungen, die sich in der Beschichtung aufgrund des Abkühlens entwickeln, verringert werden können. Das Innere eines zylindrischen Objekts wird mit einem Bohrwerkzeug mit ziemlich grobem Vorschub vorbereitet, um die notwendige mechanische Verbindung herzustellen.

Vorbereitung von flachen Oberflächen:

Die Tendenz der Beschichtung, die Schicht aufgrund von Schrumpfungsspannungen von der ebenen Oberfläche abzuheben, kann entweder durch Sprühen über die Kante für eine Klemmwirkung oder durch Schneiden kurzer kegelförmiger Schlitze in der Nähe der Kante überwunden werden, wie in Abb. 18.19 gezeigt. Die äußeren Ecken, die beschichtet werden sollen, sollten einen Radius von mindestens 0-8 mm haben. Das Substrat kann auch auf 175 ° C erhitzt werden, um die Kühlspannungen zu reduzieren.

Die Bearbeitung des Substrats sollte trocken erfolgen, da Öl jeglicher Art die Haftfestigkeit beeinträchtigen würde. Die Oberfläche sollte erst nach dem Metallisieren mit der Hand berührt werden. Wenn eine manuelle Handhabung unvermeidlich ist, sollte das Bauteil in Papier oder ein sauberes Tuch eingewickelt werden, bevor es von der Drehmaschine entfernt wird. Wenn sich Öl oder Fett auf der Substratoberfläche ablagert, muss dieses vor dem Aufsprühen der Beschichtung durch Dampfentfetten oder andere chemische Verfahren entfernt werden.

Bondbeschichtung:

Eine dünne Sprühbeschichtung aus Nickel-Chrom-Legierungen, Molybdän oder exotherm reaktivem Nickelaluminid wird häufig auf die aufgeraute Oberfläche aufgebracht, um ihre Haftfestigkeit insbesondere für Keramikspray mit nachfolgenden Beschichtungen zu verbessern. Eine solche abgeschiedene Schicht wird als Bondbeschichtung bezeichnet.

Beim Auftragen müssen die nicht zu beschichtenden Bereiche maskiert oder geölt werden. Es muss jedoch darauf geachtet werden, dass kein Öl in die Hinterschnitte fließt. Um diese Möglichkeit auszuschließen, muss die Flamme über dem verdächtigen Bereich laufen, um Öl oder Feuchtigkeit abzubrennen.

Mit Ausnahme von Kupfer und Kupferlegierungen verbindet sich Molybdän gut mit den meisten Metallen für den Einsatz bis 400 ° C, während Nickelaluminid bei Temperaturen bis 800 ° C eingesetzt werden kann. Für Aluminium, Kupfer und Kupferlegierungen ist eine 9% Aluminiumbronzelegierung eine sehr zuverlässige Verbindung. Es kann auch für Stahlsubstrate verwendet werden.

Wenn eine Haftbeschichtung aufgebracht werden soll, wird das Hinterschneiden tiefer gemacht, um die Dicke der Haftschicht zu berücksichtigen, die 50 bis 125 Mikrometer betragen kann.

Strahlmittel:

Wenn eine Beschichtung ohne Unterschnitt auf ein Substrat gespritzt wird, muss die Oberfläche auch bei Verwendung einer Haftschicht noch aufgerauht werden. Dies wird normalerweise durch Strahlen mit Strahlmittel unter Verwendung von sauberem, scharfem, zerkleinertem Stahlschrot oder Aluminiumoxid zum Strahlen mit Druckluft gegen die Oberfläche durchgeführt, um Eindringwinkel für die mechanische Verbindung bereitzustellen. Wenn die Oberflächenhärte des Substrats weniger als Rc 30 beträgt, kann es mit zerkleinertem eckigem gekühltem Eisenschrot gestrahlt werden.

Das thermische Spritzen sollte so bald wie möglich nach der Oberflächenvorbereitung erfolgen, um optimale Ergebnisse zu erzielen.

Maskierung:

Bereiche, die nicht besprüht werden müssen, können geschützt werden, indem sie mit Klebeband oder Stop-Off-Chemikalien abgedeckt werden, die auf das Substrat gestrichen oder gesprüht werden können, um das Anhaften der Beschichtung zu verhindern. Diese Bänder und Stop-Off-Beschichtungen können nach dem Spritzen mit Metall durch Abziehen oder Drahtbürsten entfernt werden.

Löcher, Keilnuten oder Schlitze im Werkstück, die nicht beschichtet werden sollen, werden beim Sandstrahlen mit Holz oder Graphit verstopft. Graphit hält nicht nur hohen Temperaturen stand, sondern lässt sich auch leicht mit einem Messer in die gewünschte Stopfenform bearbeiten. Der Stopfen ist bündig mit der Höhe der fertigen Beschichtung; Wenn die Maske über die Substratoberfläche steigt, wirft sie einen unbeschichteten Schatten, wenn die Spritzpistole nicht senkrecht zur Oberfläche gehalten wird.

Schritt # 2. Metallisieren von Materialien und deren Auswahl:

Nahezu jedes Material kann auf fast jedem Substrat abgeschieden werden. Zu den am häufigsten verwendeten Materialien für das thermische Spritzen gehören Aluminium, Messing, Babbit (auch Weißmetall genannt), Bronzen, Cadmium, Kupfer, Eisen, Blei, Monel (63) % Ni + 33% Cu + 1% Mn), Nichrom, Nickel, Stahl, Edelstahl, Zinn, Zink, Keramik, Verbundwerkstoffe usw. Zum Sprühen wird manchmal sogar Molybdän und Wolfram verwendet.

Metallisierende Materialien werden aufgrund ihrer Eigenschaften wie Härte, Festigkeit, Verschleißqualität, Schrumpf- und Korrosionsbeständigkeit usw. ausgewählt.

Leichte Beschichtungen mit einer Dicke von 1 bis 5 mm sind leicht aufzubringen und stellen keine besonderen Probleme dar. Materialien für schwere Beschichtungen bis 3 mm oder mehr sollten jedoch geringe Schrumpfungseigenschaften aufweisen.

Keramische Beschichtungen, bestehend aus Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Zirkonsilikat, Chromoxid und Magnesiumaluminat, werden in Stab- oder Pulverform aufgebracht. Ihre Häutungspunkte liegen zwischen 1650 ° C und 2500 ° C. Diese Beschichtungen sind extrem hart und erosionsbeständig.

Verbundbeschichtungen aus Keramik und Kunststoffimprägnaten können mit Metallbeschichtungen kombiniert werden, um Eigenschaften zu erzielen, die mit Metallbeschichtungen alleine nicht möglich sind. Beispielsweise werden laminare Beschichtungen, die durch Ablagerungen alternierender Schichten aus gespritzten Metall- und Keramikmaterialien gebildet werden, mit guten Ergebnissen in Raketenstoß-Abschirmstrukturen eingesetzt. Keramiken und Metallsprays können in kontinuierlich variierenden Anteilen gemischt werden, um eine Abstufung von allen Metallen zu allen Keramiken zu erreichen, um eine sogenannte abgestufte Konstruktion zu bilden.

Aluminiumoxidschichten sind auch bei hohen Temperaturen sehr hart und erosionsbeständig. Solche Beschichtungen haben gute Isoliereigenschaften und sind wirtschaftlich.

Zirkonoxid hat einen höheren Schmelzpunkt als Aluminiumoxid und seine Beschichtungen bieten eine gute Beständigkeit gegen thermische und mechanische Stöße. Es wird zum Beschichten von Raketenteilen verwendet, um sie vor heißen korrosiven Gasen mit hoher Geschwindigkeit zu schützen. Es wird auch verwendet, um die Lebensdauer von Glüh- und Normalisierungswalzen in Stahlwerken und Ofenrohren zu verlängern.

Schritt # 3. Auswahl der Metallisierungsprozesse:

Es gibt mehrere Verfahren, die zum Metallspritzen verwendet werden, und sie können unter vier Überschriften zusammengefasst werden:

(i) Flammspritzen

(ii) Lichtbogenspritzen

(iii) Plasmaspritzen

(iv) Detonationskanonenbeschichtung und

(v) Spritzen mit Verbrennungsstrahl.

(i) Flammspritzen :

Beim Flammspritzen handelt es sich um ein thermisches Spritzverfahren, bei dem normalerweise eine Sauerstoffacetylenflamme zum Schmelzen des Beschichtungsmaterials verwendet wird, während im Allgemeinen Druckluft zum Zerstäuben und Antreiben des Materials an das Werkstück verwendet wird. Es gibt drei Variationen des Verfahrens, abhängig von der Form des Beschichtungsmaterials, in dem es verwendet wird, nämlich Draht, Pulver und Stab.

ein. Drahtflammspritzen:

Abb. 18.20 zeigt die wesentlichen Merkmale des Flammspritzens mit Draht, Abb. 18.21 zeigt schematisch den gesamten Aufbau eines solchen Systems. Das Verfahren erfordert eine Sprühpistole, Acetylen-, Sauerstoff- und Druckluftversorgungen und eine Anordnung für die Drahtzufuhr, üblicherweise von einer Spule. Die Spritzpistole besteht im Wesentlichen aus einem durch Luftturbine angetriebenen Drahtzufuhrmechanismus und einer Sauerstoffacetylenflamme zum Schmelzen des Drahts.

Die Drahtzuführung erfolgt mit Hilfe von Rändelwalzen, die durch Untersetzungsgetriebe von einer Hochgeschwindigkeitsluftturbine angetrieben werden. Diese Geschütze sind etwas sperrig und schwer, werden jedoch selbst dann häufig in der Hand gehalten, um sie leicht handhaben zu können. In letzter Zeit wurden Roboter effektiv für die Manipulation von Waffen und Arbeit eingesetzt.

Die Spritzpistole wird 10 bis 30 cm vom zu beschichtenden Substrat entfernt gehalten und erzeugt ein rundes oder elliptisches Muster mit einem Durchmesser von etwa 7 bis 5 bis 10 cm. Die Traverse der Pistole beträgt üblicherweise 9 bis 15 m / min. Die Druckluft wird zur Entfernung von Öl und Feuchtigkeit gefiltert und normalerweise mit einer Geschwindigkeit von 850 Litern / min geliefert.

Es gibt keine Begrenzung für die Beschichtungsdicke, und Ablagerungen bis zu einer Dicke von 6 mm wurden hergestellt. Die übliche Dicke für Drahtabscheidungen beträgt 0-75 bis 1-25 mm für Verschleißanwendungen und Umbauten, während für Korrosionsanwendungen Ablagerungen bis zu 25 betragen können Mikrometer (0, 025 mm). Die Abscheidungsraten für das Sprühen hängen von dem Verbrauchsmaterial und der verwendeten Ausrüstung ab und diese können bei einer Beschichtungsdicke von 25 µm bis zu 95 m ² / h betragen.

Bei der Berechnung der erforderlichen Dicke der aufgespritzten Beschichtung müssen etwa 20% mehr für die Schrumpfung der Beschichtung zugelassen werden. Darüber hinaus müssen bei Bedarf mindestens 0, 25 mm pro Seite für die Endbearbeitung der Oberfläche zugelassen werden. Wenn dicke Beschichtungen aufgebracht werden, wird das Werkstück auf etwa 200 bis 260 ° C vorgewärmt, um ein Reißen der mechanischen Verbindung zu verhindern.

Viele Materialien sind in Drahtform erhältlich, aber die üblicherweise gespritzten Materialien sind Zink, Aluminium, bearbeitbare Stähle, harte Stähle, rostfreie Stähle, Bronzen und Molybdän. Aluminium und Zink werden hauptsächlich zum Korrosionsschutz von großen Bauteilen aus Kohlenstoffstählen verwendet, z. B. Tanks, Schiffsrümpfen und Brücken, während rostfreie Stähle für anspruchsvollere Aufgaben zu demselben Zweck verwendet werden. Weichstähle werden verwendet, um die Abmessungen für Verschleißanwendungen wiederherzustellen, während harte Stähle für ähnliche Zwecke für strengere Verschleißbedingungen verwendet werden. Sie werden normalerweise durch Schleifen beendet.

Drahtsprühbeschichtungen weisen eine signifikante Porosität auf und ihre Haftfestigkeit ist Plasma- und anderen Hochenergie-Sprühverfahren unterlegen. Deshalb wird dieses Verfahren nicht für sehr kritische Anwendungen verwendet.

b. Pulverflammspritzen:

Das Flammspritzen mit Pulver kann mit einem Acetylenbrenner der geeigneten Bauart durchgeführt werden, der die Einführung der Siphonwirkung ermöglicht, wie in Abb. 18.22 gezeigt. Normalerweise wird keine Druckluft verwendet, um das geschmolzene Material zu zerstäuben und anzutreiben, daher sind die Abscheidungsraten niedrig. Die Porosität ist sogar größer als diejenige des Drahtspritzverfahrens, und die Bindungsstärke kann auch niedriger sein als die der Drahtsprühabscheidung; Solche Brenner können jedoch eine viel breitere Vielfalt von Materialien sprühen. Zu den verfügbaren Verbrauchsmaterialien zählen hochlegierte Stähle, rostfreie Stähle, Kobaltbasislegierungen, Karbide und Verbundbeschichtungsmaterialien.

Abb. 18.22 Prozesseinstellung für das Pulverflammspritzen

c. Stabflammspritzen:

Die Flammentemperaturen in herkömmlichen Oxyacetylenbrennern betragen üblicherweise etwa 2, 760 ° C und haben somit nicht genügend Wärme, um eine gute keramische Beschichtung zu erzeugen, insbesondere für Materialien wie Zirkoniumoxid, für die eine Temperatur von etwa 2760 ° C erforderlich ist. Ein Brenngasbrenner, der zum Besprühen von Keramiken entwickelt wurde (siehe Abb. 18.23), verwendet einen festen Stab aus keramischem Verbrauchsmaterial mit Luft, um die Zerstäubung zu unterstützen.

Abb. 18.23 Ein Setup für das Stabflammspritzen

Rod-Verbrauchsmaterialien sind für Aluminiumoxid-, Chromoxid-, Zirkonoxid- und Keramikmischungen erhältlich. Die zerstäubten Verbrauchströpfchen sollen eine Aufprallgeschwindigkeit von 2-8 m / sec erreichen. Dieses Verfahren wird nur zum Versprühen von Keramik verwendet und füllt die Lücke zwischen dem Drahtverfahren und dem Pulversprühverfahren, da für viele der Metalle keine Verbrauchsmaterialien für die ersteren zur Verfügung stehen und keramische Beschichtungen, die durch die letzteren erhalten werden, für einen guten Betrieb kaum brüchig sind.

(ii) Lichtbogenspritzen:

Beim Lichtbogenspritzverfahren wird ein elektrischer Lichtbogen zwischen zwei Elektroden des Oberflächenmaterials als Wärmequelle verwendet. Druckgas, normalerweise Luft, zerstäubt und schleudert das geschmolzene Material auf die Oberfläche des Werkstücks. Abb. 18.24 zeigt die wesentlichen Komponenten der Prozessausrüstung.

Abb. 18.24 Lichtbogenspritzverfahren

Die beiden Verschleißelektroden werden von einem Drahtvorschubgerät gespeist, um sie in einem Winkel von etwa 30 ° zusammenzubringen und einen Bogen zwischen ihnen aufrechtzuerhalten. Der Bogen entzündet sich selbst, wenn die Drähte zu ihrem Schnittpunkt vorgeschoben werden.

Die Stromquelle, die für den Lichtbogenspritzprozess verwendet wird, ist eine Gleichstrom-Konstantspannungsschweißeinheit. Ein Draht ist positiv und der andere negativ. Aufgrund des unterschiedlichen Schmelzens der beiden Drähte unterscheiden sich die Tröpfchen der beiden Elektroden erheblich in der Größe. Im Allgemeinen liegt der Schweißstrom zwischen 300 und 500 Ampere, wobei die Spannung zwischen 25 und 35 Volt liegt. Für spezielle Zwecke wurde Berichten zufolge Strom von bis zu 3000 Ampere verwendet.

Es können Drähte mit einem Durchmesser von 1, 5 bis 3, 2 mm verwendet werden, wobei Drähte mit Durchmessern von 1, 6 mm und 2, 4 mm beliebter sind. Die Menge des abgeschiedenen Metalls hängt von der Stromstärke und dem zu spritzenden Material ab und kann im Bereich von 7 bis 45 kg pro Stunde liegen. Manchmal werden quadratische Drähte verwendet, um die Abscheidungsrate zu erhöhen. Die Abscheideraten sind 3 bis 5 mal höher als beim Flammspritzen.

Trockene Druckluft mit einem Druck von 55 N / cm ² und einer Strömungsgeschwindigkeit von 850 bis 2250 Liter pro Minute wird zum Zerstäuben und Projizieren des Metalls auf das Substrat verwendet. Die Ablagerung kann eine beträchtliche Porosität und Oxideinschlüsse durch Oxidation der verbrauchbaren Atomisalionluft enthalten.

Die Haftfestigkeit der Beschichtung ist der durch Flammspritzen erzielten überlegen. Nahezu jedes Metall, das zu Draht mit kleinem Durchmesser gezogen werden kann, kann gespritzt werden, z. B. Aluminium, Babbit, Messing, Bronze, Kupfer, Molybdän, Monel, Nickel, Edelstahl, Kohlenstoffstahl, Zinn und Zink. Aufgrund der hohen Ablagerungsraten wird dieses Verfahren sehr häufig zum Spritzen von Weichmetallen verwendet. Aufgrund der Korrosionsbeständigkeit werden große Strukturen wie Brücken mit Aluminium und Zink zum Schutz vor den Einflüssen der atmosphärischen Gase besprüht.

(iii) Plasma-Lichtbogenspritzen:

Das Plasmaspritzverfahren verwendet einen nicht übertragenen Lichtbogen als Quelle zum Schmelzen und Projizieren des zerstäubten Metalls auf die Substratoberfläche. Es verwendet den Plasmabogen, der sich vollständig innerhalb der Plasmaspritzpistole befindet. Das Plasma kann eine Temperatur von über 2800 ° C haben; Das zu versprühende Material wird in Pulverform in den Plasmastrom eingebracht, wie in Abb. 18.25 dargestellt.

Die Teilchengröße des Pulvers beträgt üblicherweise 30 bis 100 µm, die von einer Zahnradpumpe dosiert wird. Da die Plasmatemperaturen extrem hoch sind, können mit diesem Verfahren feuerfeste Beschichtungen abgeschieden werden, die nicht durch Flammen- oder Lichtbogenverfahren aufgebracht werden können. Es können sogar Glasbeschichtungen abgeschieden werden.

Zu den Parametern, die die Beschichtungsqualität beeinflussen, gehören der Abstand der Düse zur Arbeit, die Partikelgröße und -art, der Punkt der Pulverzufuhr, der Lichtbogenstrom und die -spannung, die Art des Plasmagases und das Partikelträgergas.

Die für das Plasmaspritzen erforderliche Stromversorgung basiert auf einer konstanten Stromabgabe bei 100% Einschaltdauer. Die Plasmabrenner haben eine Nennleistung von 40 bis 100 KW und einen Gleichstrom von 100 bis 1100 Ampere bei 40 bis 100 Volt. Argon und Helium sind die am häufigsten verwendeten Plasmagase, obwohl Stickstoff verwendet wird, und Wasserstoff wird manchmal wegen ihrer geringeren Kosten eingesetzt.

Das Substrat wird üblicherweise unter 150 ° C gehalten und es wird mit Pulvergeschwindigkeiten von 120 bis 300 m / s beschichtet, was zu hohen Beschichtungsdichten von 85 bis 95% und einer Haftfestigkeit von bis zu 6900 kPa führt. Die Porosität in Ablagerungen kann die Beschichtungsfähigkeit beeinflussen, um Oberflächen vor Korrosion zu schützen. Die Versiegelung der Porosität kann jedoch durch Druckimprägnierung von Epoxiden und Fluorkohlenwasserstoffen erfolgen.

Plasmaspritzen kann zum Spritzen von Metallen, Keramiken (Oxiden und Karbiden), Cermets und Verbundstoffen verwendet werden, wie in Tabelle 18.1 aufgeführt:

Metalle unterscheiden sich von weichen Metallen wie Aluminium und Zink für Korrosionsbeständigkeitsanwendungen bis zu Kobalt-basierten Beschichtungsmassen für Verschleißbeständigkeitsanwendungen.

Die beliebtesten Caramic-Beschichtungen sind Aluminiumoxid und Chromoxid oder Gemische aus Chromoxid und Siliciumdioxid. Diese werden hauptsächlich für Verschleißschutzanwendungen verwendet. Keramiken wie Yttriumoxid-stabilisiertes Zirkoniumoxid, Magnesiumzirkonat und Kalziumoxid-stabilisiertes Zirkoniumoxid werden für thermische Barrierebeschichtungen auf Motorkomponenten und dergleichen verwendet. Aluminiumoxid und Magnesiumoxid / Aluminiumoxid werden häufig für elektrische Isolationsanwendungen verwendet.

Das am häufigsten verwendete Cermet-Verbrauchsmaterial für das Plasmaspritzen ist Wolframkarbid / Kobalt für Verschleißfestigkeit.

Die Verbundwerkstoff-Verbrauchsmaterialien wie Metall / Graphitpulver und Metall / Molybdändisulfidpulver werden im Allgemeinen für spezielle Anwendungen verwendet.

Plasmaspritzen wurde bei kritischen Komponenten so intensiv eingesetzt, dass eine signifikante Datenbasis zu den Eigenschaften vieler Ablagerungen zur Verfügung steht.

Das Vakuumplasmaspritzen ist eine Variante des Prozesses, bei dem das Werkstück und der Plasmabrenner beide in einer Vakuumkammer mit einem Druck von 50 Torr eingeschlossen sind. Die beanspruchten Vorteile sind eine höhere Haftfestigkeit und eine ausgezeichnete Dimensionskontrolle der Beschichtungsdicke.

Der größte Nachteil des Plasmaspritzens im Vergleich zu anderen thermischen Spritzverfahren sind die Kosten der Ausrüstung und es ist der teuerste der zu kaufenden Verfahren. Auch die Ausrüstung ist kompliziert und sperrig.

Trotz dieser Nachteile ist das Plasmaspritzverfahren aufgrund der Vielzahl der abscheidbaren Metalle, der geringen Porosität, der hohen Haftfestigkeit und der hohen Abscheidungsraten mit diesem Verfahren das Arbeitspferd der thermischen Spritzverfahren.

(iv) Detonationskanonenbeschichtung :

Das Detonations- oder D-Pistolen-Verfahren ist ein proprietäres Verfahren der Linde Air Products Company, bei dem Sauerstoff und Acetylen-Gemische zur Detonation gebracht werden, um das Beschichtungsmaterial auf der Substratoberfläche zu schmelzen und zu schleudern. Obwohl das Verfahren um 1960 entwickelt wurde, bleibt es aufgrund vieler Details, die für die Herstellung der richtigen Parameter für erfolgreiche Beschichtungsanwendungen erforderlich sind, immer noch proprietär.

Abb. 18.26 zeigt die Grundelemente einer D-Pistole, die aus einem langen (wenigen Metern) Lauf von ca. 25 mm Innendurchmesser besteht. Pulver mit einer Teilchengröße von 60 Mikrometern wird mit niedrigem Druck in die Pistole eingeführt, und dann wird ein Oxy-Acetylen-Gasgemisch in die Verbrennungskammer eingeführt und mit Hilfe einer Zündkerze zur Detonation gebracht.

Die Detonationstemperatur beträgt etwa 3900 ° C, was zum Schmelzen der meisten Materialien ausreicht. Die Detonation erzeugt eine Teilchengeschwindigkeit von etwa 7300 m / s. Die Detonationen werden 4 bis 8 Mal pro Sekunde wiederholt und Stickstoffgas wird verwendet, um die Verbrennungsprodukte nach jeder Detonation auszuspülen, und Sprays von flüssigem Kohlendioxid werden verwendet, um das Werkstück während des Sprühens zu kühlen, um metallurgische Änderungen und Verzug zu vermeiden. Jede Detonation erzeugt eine Schichtdicke von wenigen Mikrometern. Der typische Bereich für die Kohlendicke beträgt 75 bis 125 Mikrometer, wobei die Oberflächenrauheit der Beschichtung im abgeschiedenen Zustand im Bereich von 3 bis 6 Mikrometern effektiv liegt und der Porositätsbereich so niedrig ist wie 0-25 bis 1 Prozent.

Ein großer Nachteil des Verfahrens besteht darin, dass es ein erhebliches Geräusch erzeugt und daher in einem schalldichten Raum mit 45 cm dicken Betonwänden installiert wird. Der Bediener bedient die Pistole von außerhalb des Raumes, was eine erhebliche Mechanisierung erfordert.

Nahezu jedes Material kann mit der D-Pistole gespritzt werden. Dieses Verfahren wird jedoch am häufigsten zum Versprühen von High-Tech-Beschichtungen, Carbiden, Keramiken und komplexen Verbundstoffen verwendet. Eine Haftfestigkeit von bis zu 70 MPa kann erreicht werden, und die so erhaltene Beschichtung wird als erste thermische Spritzbeschichtung angesehen.

Die Materialien, die am häufigsten mit einer D-Pistole besprüht werden, umfassen Aluminiumoxid, Aluminiumoxid-Titandioxid, Chromcarbid, Wolframcarbid mit Kobaltbindemittel; Wolframcarbid-Wolfram-Chromcarbid-Gemisch mit Nickel-Chrom-Legierungsbinder. Dies sind hauptsächlich verschleißfeste Beschichtungen für den Einsatz bei hohen Temperaturen. Spezifische Anwendungen umfassen D-Gun-plattierte Stopfen- und Ringlehren, Schneidkanten, die starkem Verschleiß unterliegen, wie Schälmesser für Gummi und Kunststoff oder Rohrbohrer zum Schneiden von Akustikfliesen und Papier.

(v) Verbrennungsstrahlspritzen:

Dieses im Jahr 1981 in der Industrie eingeführte thermische Spritzverfahren soll mit dem D-Gun-Verfahren in der Qualität wettbewerbsfähig sein und ist unter dem Handelsnamen Jet-Kote bekannt. Es hat den Vorteil, dass die Ausrüstung dafür gekauft werden kann, während D-Gun-Ausrüstung nicht verkauft wird und das Sprühen in einem der 20 Zentren der Firma Linde Air Products erfolgen kann, die über die Ausrüstung verfügen.

In einem Sprühbrenner mit Verbrennungsstrahl, der schematisch in Abb. 18.27 dargestellt ist, werden Sauerstoff und ein Brenngas wie Wasserstoff, Propylen oder andere Kohlenwasserstoffgase durch eine Zündflamme in der Brennkammer des Brenners gezündet, die im rechten Winkel zur Brennerdüse steht. Das zu versprühende Material wird von einem Pulverförderer unter Verwendung eines Trägergases, das mit dem Oxy-Brenngas-Gemisch kompatibel ist, in die Mitte des Strahlstroms eingebracht.

Der Druck des Verbrennungsgases liegt zwischen 400 und 600 kPa und die Flammentemperatur am Punkt der Pulverzufuhr beträgt etwa 3000 ° C. Der Verbrennungsgasstrahl kann eine maximale Geschwindigkeit von etwa 1400 m / s (etwa 4 Mach) haben, das ist schneller als die einer D-Pistole. Die Haftfestigkeit der Beschichtung ist eine Funktion der Teilchengeschwindigkeit und -temperatur und liegt üblicherweise über 70 MPa. Die Abscheidungsdichten liegen um 90% oder mehr über der theoretischen Dichte mit einem Sprühmuster von etwa 25 mm Durchmesser. Das Material kann mit einer Geschwindigkeit von etwa 4, 5 kg pro Stunde abgelagert werden.

Beim Jet-Spraying ist Wolframkarbid / Kobalt-Cermet das beliebteste Verbrauchsmaterial für Verschleißanwendungen. Das Verfahren wurde erfolgreich für das Auftragen von Kobaltbasis, Keramik, rostfreien Stählen und anderen korrosionsbeständigen Materialien eingesetzt.

Der Hauptvorteil des Verfahrens besteht darin, dass die Ausrüstung zu niedrigeren Kosten als bei Plasmaspritzgeräten erworben werden kann. Seine größten Einschränkungen sind das Fehlen anwendbarer Verbrauchsmaterialien, Sicherheitsanforderungen für die Begrenzung einer Raketenverbrennungsreaktion innerhalb des Brenners und die Gaskosten sind aufgrund des hohen Drucks und der hohen Flussrate von bis zu 28 m ³ / h für Sauerstoff hoch.

Schritt # 4. Beschichtungseigenschaften und Bewertung:

Die physikalischen und mechanischen Eigenschaften einer Sprühabscheidung unterscheiden sich normalerweise stark von denen des ursprünglichen Materials, da die abgeschiedene Struktur lamellar und nicht homogen ist. Beschichtungen müssen daher auf Risse, Löcher, Blasen und Fehlstellen untersucht werden. Da gespritzte Beschichtungen porös sind, müssen sie bei Verwendung für korrosionsbeständige Anwendungen mit geeigneten Dichtungsmitteln versehen werden. Da diese Beschichtungen durch eine mechanische Verbindung haften, sollten sie nicht unter Betriebsbedingungen verwendet werden, die Stößen und Schlägen ausgesetzt sind.

Die Schichtdicke wird durch die Serviceanforderungen und Kosten bestimmt. Die Gesamtdicke der aufgespritzten Beschichtungen auf den Wellen wird durch den maximalen Verschleißfaktor, die minimale Beschichtungsdicke, die aufgesprüht werden muss, und den Nacharbeitszuschlag bestimmt. Die Mindestschichtdicke hängt vom Wellendurchmesser ab, wie in Tabelle 18.2 angegeben.

Schwankungen in der Dicke einer Ablagerung hängen von der Art der Oberflächenvorbereitung ab und die Gesamtschwankung für das routinemäßige Spritzen in der Produktion mit angebrachter Ausrüstung beträgt 0 bis 5 mm für das Drahtspritzen.

Das Schrumpfen von gesprühten Beschichtungen muss ebenfalls sorgfältig geprüft werden, da dies die Dicke der endgültigen Ablagerung beeinflusst. Spannungen können zu Rissbildung bei dicken Metallbeschichtungen mit einem hohen Schrumpfungswert führen, wie dies bei austenitischen Edelstahlbeschichtungen (ASS) der Fall ist.

Dieses spezielle Problem kann jedoch gelöst werden, indem zuerst martensitischer rostfreier Stahl (MSS) auf das Substrat gesprüht wird und dann ASS darauf gesprüht wird, um die gewünschte Dicke zu erhalten. Das MSS-Spray verbindet sich stark mit dem Kohlenstoffstahlsubstrat, besitzt eine gute Festigkeit im Spritzzustand und bietet eine hervorragende Oberfläche für ASS-Beschichtungen.

Bestimmte gespritzte Beschichtungen werden zusätzlich behandelt, um eine effektivere Verschmelzung mit dem Substrat zu erreichen. Die Verschmelzung der versprühten Ablagerungen erfolgt durch allmähliches und gleichmäßiges Erhitzen auf eine Schmelztemperatur von 1000 bis 1300 ° C, abhängig vom metallisierenden Material.

Verschiedene Verfahren, die zur Schmelzbehandlung eingesetzt werden, umfassen den Oxy-Fuel-Gasbrenner, einen Ofen oder durch Induktionserwärmung, üblicherweise mit neutraler oder reduzierender Atmosphäre, um die Oxidation sowohl der Ablagerung als auch des Substrats zu vermeiden, bevor die Schmelztemperatur erreicht wird. Um eine hochwertige Schmelzbeschichtung zu erhalten, ist eine genaue Temperaturkontrolle erforderlich.

Anwendungen:

Das Metallspritzen war ursprünglich zum Aufbau von Oberflächen gedacht, die abgenutzt, erodiert, falsch ausgerichtet oder fehlerhaft bearbeitet waren; Jetzt erstreckt sich seine Anwendung auf verschiedene Bereiche, einschließlich Korrosions- und Oxidationsschutz, Maschinenelemente, Industrie, Gießerei, Flugzeuge und Raketen.

Eine ziemlich spektakuläre Anwendung des Metallspritzens ist das Beschichten von Leder, Keramik, Holz und Stoffen, ohne das Trägermaterial zu beschädigen.

Aluminium, Zink und rostfreie Stähle werden gespritzt, um Oberflächen vor Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit zu schützen. Hartlegierungsablagerungen werden häufig an Maschinenkomponenten wie Pumpenkolben, Pumpenstangen, Hydraulikkolben, Packungsabschnitten von Dampfturbinenwellen und Ventilen verwendet.

Mehrschichtige Ablagerungen aus verschiedenen Materialien werden zum Oxidationsschutz von Cyanid-Töpfen, Ofenofenteilen, Glühboxen und Ofenförderern verwendet.

Manchmal werden Zirkonoxid- und Aluminiumoxidkeramiken verwendet, um die entsprechenden Sperrschichten bereitzustellen.

Konturen von teuren Mustern und Passplatten können durch Sprühbeschichtung und anschließende Nachbearbeitung verändert werden. Defekte Gussteile können auch durch Sprühabscheidung geborgen werden.

In der Elektroindustrie werden metallische Spritzbeläge verwendet, um eine 50 bis 100% höhere Beständigkeit zu bieten als das gleiche Material in gegossenen oder geschmiedeten Formen. Solche Anwendungen umfassen das Aufsprühen von Kupfer auf elektrische Kontakte, Kohlebürsten und Glas in Kraftfahrzeugsicherungen sowie Silber auf Kupferkontakte. Keramische Spritzbeläge werden in der Elektroindustrie für Isolatoren eingesetzt. Die magnetische Abschirmung elektrischer Komponenten kann mit Zinkablagerungen auf elektronischen Gehäusen und Chasis erfolgen. Kondensatorplatten können durch Aufsprühen von Aluminium auf beide Seiten des Gewebebandes hergestellt werden.

In Flugzeugen und Flugkörpern wird das Verfahren für Luftdichtungen und verschleißfeste Oberflächen verwendet, um Fressen und Abreiben bei erhöhten Temperaturen zu verhindern.