Untersuchungen zum Hochgeschwindigkeitsdrahtflammspritzen. Abschlussbericht. Laufzeit: 01.09.2004 bis 31.08.2006 (Deutsch)

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; 2006
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Im Rahmen des Forschungsprojektes erfolgte eine Qualifizierung des Hochgeschwindigkeitsdrahtflammspritzverfahrens für Massiv- und Fülldrähte. Dazu wurden in umfangreichen Versuchen mittels diagnostischer Methoden die Bedingungen beim Hochgeschwindigkeitsdrahtflammspritzen charakterisiert. Es erfolgten experimentelle Untersuchungen der Flammenfronten und Gasströmungscharakteristik und quantitative Betrachtungen mittels numerischer Methoden (CFD - Computer Fluid Dynamics). In weiteren Arbeitsschritten wurden für industrietypische Prozessparameter die Partikelgeschwindigkeiten bzw. die Verteilung von Partikeln und Partikelgeschwindigkeiten im Spritzstrahl untersucht. Da auch für extrem hohe Gasdurchflussmengen die Spitzpartikel keine Überschallgeschwindigkeit erreichen, wird das Vorherrschen einer Überschallgasströmung als prozesscharakterisierendes Verfahrensmerkmal identifiziert. Aufgrund des hohen experimentellen Aufwands zur Messung der Gasströmungsgeschwindigkeit dient zur Erkennung von Überschallbedingungen das Auftreten von Verdichtungsstößen. Überschallbedingungen können bei entsprechend hohen Gasdurchflussmengen sowohl mit dem konventionellen Drahtflammspritzbrenner GTV 12E, als auch mit dem Hochgeschwindigkeitssystem GTV W1000 realisiert werden. Die mittels Hochgeschwindigkeitsgasströmung hergestellten Spritzschichten zeigen eine deutlich feinere und homogenere Mikrostruktur als konventionelle Drahtflammspritzschichten. Die Untersuchungen haben gezeigt, dass die Schichtqualität sehr stark vorn Prozessparameter Drahtvorschubgeschwindigkeit abhängt. Diese hat einen direkten Einfluss auf das Drahtabschmelzverhalten, die Stabilität des Spritzstrahls, die Spritzstrahldivergenz und die Größe der von der Drahtspitze abgelösten Partikel. Ein weiterer wichtiger Prozessparameter ist der Spritzabstand. Dieser wurde für das Hochgeschwindigkeitsdrahtflammspritzen auf 200 mm festgelegt. Geringere Spritzabstände führen zu geringen Porositäten und hohen Mikrohärten, erhöhen aber die Gefahr der Rissbildung in der Schicht durch zu hohen thermischen Energieeintrag. Am Beispiel des Werkstoffs AISI316L, der in verschiedenen Drahtdesigns vorliegt, wurde gezeigt, dass mittels nahtlosem und auf Stoß formgeschlossenem Fülldraht gute Beschichtugsqualitäten erreicht werden. Mit Falz formgeschlossene Fülldrähte neigen zum inhomogenen Abschmelzen, führen aber bei angepasster Prozessführung auch zu akzeptablen Beschichtungsergebnissen. Durch das Verarbeiten von hoch- und niedrigschmelzenden Werkstoffen, Molybdän und Ni20Cr, und Verschleißschutzwerkstoffen mit Refraktärkarbid wurde gezeigt, dass das Hochgeschwindigkeitsdrahtflammspritzverfahren eine Technologie mit hoher industrieller Relevanz ist und eine Alternative zu HVOF-Verfahren mit Pulvern darstellt.

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