Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Thermisches Spritzen - Grundlagen Grundlagen der thermischen Spritztechnik Oberflächentechnik 1.15 Dipl. Ing. Martin Kirchgaßner.

Ähnliche Präsentationen


Präsentation zum Thema: "Thermisches Spritzen - Grundlagen Grundlagen der thermischen Spritztechnik Oberflächentechnik 1.15 Dipl. Ing. Martin Kirchgaßner."—  Präsentation transkript:

1 Thermisches Spritzen - Grundlagen Grundlagen der thermischen Spritztechnik Oberflächentechnik 1.15 Dipl. Ing. Martin Kirchgaßner

2 Thermisches Spritzen - Grundlagen Grundlagen der thermischen Spritztechnik Einleitung und Prinzip Vergleich zu anderen Oberflächentechnologien Beanspruchungsprofil Verfahren und Technologien Warmspritzen - Kaltspritzen Werkstoffe Charakterisierung von Spritzschichten Anwendungen

3 Thermisches Spritzen - Grundlagen Werkstoff Konstruktive Gestaltung Einsatzbedingungen Maß an Funktionserfüllung

4 Thermisches Spritzen - Grundlagen Prinzip des thermischen Spritzens

5 Thermisches Spritzen - Grundlagen Zweck des thermischen Spritzens Bekämpfung von Korrosion Verschleiß Oberflächenveredelung besondere thermische und elektrische Eigenschaften Dekor

6 Thermisches Spritzen - Grundlagen Verschleißschutz Korrosionsschutz Thermische Isolation Elektrische Isolation Elektrisch leitende Schichten Gleitschichten Antihaftbeläge Oxidationsschutz Heißgaskorrosionsschutz Dekoration

7 Thermisches Spritzen - Grundlagen Anwendungen Vorbeugende Instandhaltung: Beschichten Instandsetzung: Aufbau und Beschichten Verschleissschutz Korrosionsschutz (Oxidation) Ausbessern von Bearbeitungsfehlern / falsche Toleranzen

8 Thermisches Spritzen - Grundlagen Die wichtigsten Oberflächenverfahren Beeinflussung der Randschicht Mechanische Oberflächenverfestigung Strahlen Rollen Druckpolieren Randschichthärten Flammhärten Induktionshärten Impulshärten Elektronenstrahlhärten Laserstrahlhärten Thermochemische Oberflächenverfahren Aufkohlen Borieren Carbonitrieren Chromieren Nitrieren Nitrocarburieren Physikalische Abscheidung aus der Gasphase (PVD) Aufdampfen Sputtern Ionenplattieren Chemische Abscheidung aus der Gasphase (CVD) Titannitrid Titancarbid Titancarbonitrid Aluminiumoxid

9 Thermisches Spritzen - Grundlagen Die wichtigsten Oberflächenverfahren Aufbringen 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 Thermisches Spritzen - Grundlagen

11

12 Schichtdickenbereiche von Oberflächenbeschichtungen

13 Thermisches Spritzen - Grundlagen 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 < 250°C ! Vorteile des thermischen Spritzens

14 Thermisches Spritzen - Grundlagen

15 Verfahrensübersicht nach DIN Thermisches Spritzen ohne Nachbehandlung Thermisches Spritzen mit nachträglichem Schmelzverbinden Thermisches Spritzen mit gleichzeitigem Schmelzverbinden Schmelzbad- spritzen Flammspritzen Draht/Pulver Kondensator- entladungsspr. Flammspritzen Pulver Flammschock- spritzen Draht-Licht- bogenspritzen Plasmaspritzen Hochgeschwin- digkeitsspr.

16 Thermisches Spritzen - Grundlagen

17 Aufbau einer Kaltbeschichtung

18 Thermisches Spritzen - Grundlagen

19

20

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 Thermisches Spritzen - Grundlagen

23 Haftung der Spritzschichten abhängig von folgenden Faktoren: Aktivierungszustand der Grenzschicht, Reinheit thermische und kinetische Energie der Spritzpartikel Porengehalt Oxidgehalt

24 Thermisches Spritzen - Grundlagen 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 Thermisches Spritzen - Grundlagen Haftungsmechanismen beim thermischen Spritzen mechanische Verklammerung Adhäsion (physikal. Adsorption, Chemisorption) Epitaxie metallurgische Wechselwirkung (Diffusion, Reaktion) partielles Verschweißen

26 Thermisches Spritzen - Grundlagen Haftzugfestigkeit verschiedener Spritzverfahren

27 Thermisches Spritzen - Grundlagen Vergleich thermische - kinetische Energie Partikelgeschwindigkeit [m/s] Temperatur [°C] 1000°C 2000 °C 3000 °C FS LBS PS HGS DS HGS 2. Generation 900 FS...Flammspritzen LBS...Lichtbogenspritzen PS...Plasmaspritzen HGS...Hochgeschwindigkeitsspritzen DS...Detonationsspritzen

28 Thermisches Spritzen - Grundlagen Vorbereiten der Oberfläche metallisch blank fettfrei Vorwärmen °C Mechanische Aktivierung der Oberfläche Rauhstrahlen (Hartgußkies, Al2O3) Rauhtiefe Rt>30 µm Gewindeartiges Vordrehen (Vorsicht bei dynamischer Beanspruchung) Schleifen (keramisch gebundene Schleifsteine ) Vorwärmung ( °C)

29 Thermisches Spritzen - Grundlagen

30

31 Flammspritzen: Flammentemperatur: bis 3160°C Partikelgeschwindigkeit: m/s Spritzabstand: mm Spritzzusätze: Pulver, Drähte Substrate: Metall, Keramik, Holz, Kunststoff, Glas Auftragsrate: Draht: 2-15kg, Pulver: 1-5kg

32 Thermisches Spritzen - Grundlagen Aufbau eines Pulverflammspritzgerätes

33 Thermisches Spritzen - Grundlagen Grundwerkstoff Pulver Spritzabstand 150 mm Pulver für Beschichtung

34 Thermisches Spritzen - Grundlagen Hauptparameter beim Pulverflammspritzen: Flammenleistung Flammeneinstellung Preßluft Pulver-Transportgas Durchfluß Pulver: Morphologie, Zusammensetzung Spritzabstand Umfangsgeschwindigkeit\Vorschub Vorwärmtemperatur

35 Thermisches Spritzen - Grundlagen Prinzip des Drahtflammspritzens:

36 Thermisches Spritzen - Grundlagen Hauptparameter beim Drahtflammspritzen: Flammenleistung Flammeneinstellung Preßluft Drahtvorschubgeschwindigkeit Draht: Durchmesser, Zusammensetzung Spritzabstand Umfangsgeschwindigkeit\Vorschub Vorwärmtemperatur

37 Thermisches Spritzen - Grundlagen 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 Thermisches Spritzen - Grundlagen Prinzip des Lichtbogenspritzens:

39 Thermisches Spritzen - Grundlagen 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 Thermisches Spritzen - Grundlagen 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 Thermisches Spritzen - Grundlagen Lichtbogenspritzen: Lichtbogentemperatur: bis 5000°C Partikelgeschwindigkeit: m/s Spritzabstand: mm 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 Thermisches Spritzen - Grundlagen 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 Thermisches Spritzen - Grundlagen Prinzip des Plasmaspritzens:

44 Thermisches Spritzen - Grundlagen Prinzip des Detonationsbeschichtens:

45 Thermisches Spritzen - Grundlagen Prinzip des Hochgeschwindigkeitsflammspritzens:

46 Thermisches Spritzen - Grundlagen

47

48

49 Aufbau einer Warmbeschichtung

50 Thermisches Spritzen - Grundlagen Wolframkarbide in einer selbstfließenden Matrix

51 Thermisches Spritzen - Grundlagen 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 - Grundlagen 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 r=2-3 abrunden vorwärmen auf °C - Vorpulvern (0,1-0,2 mm Schicht aufspritzen) zur Vermeidung von Oxidation bei massiven Bauteilen weiterwärmen auf 300°C (Blauwärme) örtlich weitererwärmen und gleichzeitig spritzen und schmelzen Abkühlung an ruhender Luft bzw. in Granulat Schichtdicke 0,5 - 2,0 mm

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

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

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

57 Thermisches Spritzen - Grundlagen Drahtförmige Zusatzwerkstoffe Massivdrähte: Stähle, Al, Cu, Zn, Sn, Ni, Mo sowie entsprechend ziehbare Legierungen Fülldrähte: Legierungen FeCrBC Kompositschichten Metall/Karbid, Metall/Borid, Metall/Oxid intermetallische Verbindungen 3Ni + Al --> Ni3Al + Q Röhrchendraht Falzdraht

58 Thermisches Spritzen - Grundlagen Herstellung pulverförmiger Zusatzwerkstoffe

59 Thermisches Spritzen - Grundlagen

60 Herstellungsverfahren Gasverdüsung Index: 1 Pfanne 2 Gasdüsen 3 Reaktor 4 Lagerbehälter 5 Zyklon N RotoTec B+A/GV 1.0/35/2000

61 Thermisches Spritzen - Grundlagen

62

63

64

65

66 Pulverförmige Zusatzwerkstoffe

67 Thermisches Spritzen - Grundlagen Gasverdüstes Pulver

68 Thermisches Spritzen - Grundlagen Wasserverdüstes Pulver

69 Thermisches Spritzen - Grundlagen Sprühgetrocknetes Pulverpartikel

70 Thermisches Spritzen - Grundlagen Gesintert gebrochenes Pulver (Wolframkarbid/Kobalt)

71 Thermisches Spritzen - Grundlagen Wolframschmelzkarbid, geschmolzen gebrochen

72 Thermisches Spritzen - Grundlagen Weitere Charakterisierungsmethoden: Haftzugversuch Härteprüfung: Kleinlasthärteprüfung (HV0,3, HV1) Mindestschichtstärke empirisch 4-15x Eindrucktiefe Einfluß von Bindung, Lamellenstruktur, Porosität, Phasenanteile

73 Thermisches Spritzen - Grundlagen Charakterisierung von Spritzschichten: Phasen Homogenität Poren Risse Oxide Diffusionszonen teilweise- oder unaufgeschmolzene Partikel Einschlüsse

74 Thermisches Spritzen - Grundlagen Haftzugversuch nach DIN :

75 Thermisches Spritzen - Grundlagen


Herunterladen ppt "Thermisches Spritzen - Grundlagen Grundlagen der thermischen Spritztechnik Oberflächentechnik 1.15 Dipl. Ing. Martin Kirchgaßner."

Ähnliche Präsentationen


Google-Anzeigen