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Ruppex

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Dienstag, 24. August 2010, 08:28

3 Vorbehandlung der Bauteiloberfläche

Für die Qualität thermisch gespritzter Schichten ist die Vorbehandlung der zu beschichtenden Oberflächen von entscheidender Bedeutung. Sie beeinflusst maßgeblich die Haftzugfestigkeit der Schichten, die Biegewechselfestigkeit des gespritzten Bauteils und die Wärmeleiteigenschaften im Schicht-Substrat-Interface. Die Vorbehandlung gliedert sich in der Regel in die Arbeitsschritte Reinigen (Entfetten), Aufrauen und Maskieren der Oberfläche. Das nachfolgende Beschichten sollte ohne Zeitverzug erfolgen. In der DIN EN 13507 sind die notwendigen Schritte zur Vorbehandlung metallischer Werkstücke und Bauteile für das Thermische Spritzen detailliert erklärt. Für Keramiken, Kunst- und Naturstoffe richtet sich die notwendige Vorbearbeitung nach dem aufzubringenden Werkstoff und dem einzusetzenden Spritzverfahren.

3.1 Entfetten
Für das Thermische Spritzen müssen die Oberflächen öl- und fettfrei sein. Neben der Verbesserung der Schichthaftung dient das Entfetten auch der Vermeidung von Verunreinigungen des zum Raustrahlen einzusetzenden Strahlmittels. Besonders in tiefen Kavitäten, Kanälen und Hinterschnitten ist auf eine sorgfältige Reinigung zu achten. Zum Entfetten eignen sich die Verfahren Erwärmen, Tauchen und Sprühen. Mechanische Einwirkung durch Bürsten, Ultraschall oder Dampfstrahlen kann die Reinigungswirkung deutlich verbessern. Als Fettlöser sind wässrige Waschlösungen oder organische Lösemittel geeignet. Nach der Reinigung sollten die Oberflächen gespült und getrocknet werden. Beim Trocknen mittels Druckluft ist darauf zu achten, dass diese weitestgehend ölfrei ist.

3.2 Aufrauen der Oberfläche
Das Aufrauen der Oberfläche dient der Oberflächenvergrößerung und ermöglicht eine gute Verklammerung der Spritzpartikel mit dem Substrat. Genaue Vorgaben in Bezug auf ein notwendiges Rauheitsprofil und bestimmte Rauheitskennwerte bestehen nicht. Die optimale Topografie der Oberfläche ist abhängig von den gewählten Spritzzusätzen, der notwendigen Haftzugfestigkeit, der angestrebten Schichtdicke und der gewünschten Rauheit der aufgebrachten Spritzschicht. Da sich Strahlanlagen sehr stark hinsichtlich Arbeitsprinzip (z.B. Druck- und Injektorstrahlen), Art und Korngröße des Strahlmittels sowie Strahlparametern wie Strahlzeit, -winkel und -druck unterscheiden, empfiehlt sich eine Qualitätssicherung mit Hilfe von detaillierten Arbeitsanweisungen und dem Anfertigen von Referenzproben. Typische Strahlmittel sind gemäß DIN EN 13507 Edelkorund, Siliziumkarbid, Hartgussstrahlmittel, Kupferhütten- und Schmelzkammerschlacken, Quarzsand und Glaskugeln. Nach dem Strahlen sollten die Oberflächen von Strahlmittelresten befreit werden, da diese im Schichtverbund als Störstelle wirken. nerwünschte Effekte durch Strahlmitteleinschlüsse sind eine verschlechterte Anbindung der Schicht, eine Verminderung der Korrosionsbeständigkeit und eine mögliche Rissinitiierung bei höheren mechanischen Spannungen. Bestehen definierte Vorgaben für die einzustellende Rauheit, stellen spanende Verfahren eine sinnvolle Alternative zu Strahlprozessen dar. Hochbelastete rotationssymmetrische Bauteile werden häufig mittels Raudrehen vorbehandelt. Die erzeugten Nuten sollten keine scharfkantige Geometrie aufweisen und so dimensioniert werden, dass sie eventuelle Schrumpfkräfte beim Abkühlen des bespritzten Bauteils aufnehmen können.

3.3 Aufspritzen von Haftvermittlerschichten
Durch das Aufspritzen von metallischen Pufferschichten wie Aluminium-, Nickel-, Ko-balt-, Molybdän- und Eisenbasislegierungen kann die Anbindung zwischen Deckschicht und Substrat erhöht bzw. in speziellen Fällen erst ermöglicht werden.

3.4 Bauteilmaskierung
Bauteilbereiche, die nicht beschichtet werden sollen, sind im Vorfeld zu maskieren. Dazu eignen sich Bleche, spezielle Maskierbänder oder gummiartige, selbstaushärtende Pasten. Die Maskierung sollte so positioniert werden, dass die an ihr reflektierten Spritzpartikel nicht auf den zu beschichtenden Bereich gelangen. Die Maskierung muss thermisch und mechanisch stabil sein. Wird auf der Maskierung eine Schicht aufgebaut, welche den Schattenbereich signifikant verändert, muss die Maskierung in regelmäßigen Abständen gereinigt oder ausgetauscht werden.

3.5 Bauteilvorwärmung
Um die mechanischen Spannungen zwischen Schicht und Substrat beim Abkühlen des Bauteils zu minimieren, kann in Abhängigkeit von der Werkstoffpaarung und dem eingesetzten Spritzverfahren eine Bauteilvorwärmung hilfreich sein. Insbesondere beim Innenbeschichten von Rohren kann damit die Schichthaftung deutlich erhöht werden. Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Verhinderung von Kondenswasserbildung am Bauteil beim Einsatz von Flammspritztechnik. Die Vorwärmtemperatur wird dazu in einem Bereich zwischen 50 °C und 80 °C eingestellt. Zum Bauteilvorwärmen können verschiedene Verfahren wie Ofenheizung, Heißluftgebläse, Induktionsanlagen, Widerstandserwärmung und die Spritzbrenner selbst (ohne Zugabe des Zusatzwerkstoffs) dienen. Die Oxidation der Oberfläche ist dabei möglichst zu vermeiden.


(c) Dr.-Ing. Christian Rupprecht (Verwendung von Text- und Bildmaterial nur mit ausdrücklicher Erlaubnis)

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