Sprühmethoden

Sprühen – der technologische Prozess der Bildung von Beschichtungen durch Versprühen flüssiger dispergierter Partikel, die sich beim Aufprall auf die Oberfläche ablagern. Die Abkühlgeschwindigkeit der Partikel beträgt 10.000–100.000.000 Grad pro Sekunde, was zu einer sehr schnellen Kristallisation der aufgesprühten Beschichtung und einer niedrigen Oberflächenerwärmungstemperatur führt.

Beschichtungen werden aufgesprüht, um die Korrosionsbeständigkeit, Verschleißfestigkeit und Hitzebeständigkeit zu erhöhen und verschlissene Baugruppen und Teile zu reparieren.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, Beschichtungen aufzusprühen:

1) Flammspritzen mit Draht, Pulver oder Stab (Abb. 1, 2). Das dispergierte Material wird in der Flamme eines Gasbrenners durch Verbrennen eines brennbaren Gases (meist ein Gemisch aus Acetylen-Sauerstoff im Verhältnis 1:1) geschmolzen und durch einen Druckluftstrom an die Oberfläche befördert. Die Schmelztemperatur des versprühten Materials muss niedriger sein als die Flammentemperatur des brennbaren Gemisches (Tabelle 1).

Die Vorteile dieser Methode sind die geringen Kosten für Ausrüstung und Betrieb.

Reis. 1. Flammdrahtspritzen

Reis. 2.Schematische Darstellung der Postdrahtspritzausrüstung: 1 – Lufttrockner, 2 – Druckluftbehälter, 3 – Brenngasflasche, 4 – Reduzierstücke, 5 – Filter, 6 – Sauerstoffflasche, 7 – Rotameter, 8 – Sprühbrenner, 9 – Drahtvorschub Kanal

Tabelle 1. Flammentemperatur brennbarer Gemische

2) Das Detonationsspritzen (Abbildung 3) wird in mehreren Zyklen pro Sekunde durchgeführt. Bei jedem Zyklus beträgt die Dicke der gesprühten Schicht etwa 6 Mikrometer. Dispergierte Partikel haben eine hohe Temperatur (über 4000 Grad) und Geschwindigkeit (über 800 m/s). In diesem Fall ist die Temperatur des Grundmetalls niedrig, was eine thermische Verformung ausschließt. Allerdings kann es durch die Einwirkung einer Detonationswelle zu Verformungen kommen, was eine Einschränkung der Anwendung dieser Methode darstellt. Auch die Kosten für die Sprengausrüstung sind hoch; eine spezielle Kamera ist erforderlich.

Reis. 3. Sprühen mit Detonation: 1 – Acetylenversorgung, 2 – Sauerstoff, 3 – Stickstoff, 4 – gesprühtes Pulver, 5 – Zünder, 6 – Wasserkühlrohr, 7 – Detail.

3) Lichtbogenmetallisierung (Abbildung 4). In den Draht des Elektrometallisierers werden zwei Drähte eingespeist, von denen einer als Anode und der andere als Kathode dient. Zwischen ihnen entsteht ein Lichtbogen und der Draht schmilzt. Das Sprühen erfolgt mit Druckluft. Der Prozess erfolgt mit Gleichstrom. Diese Methode hat folgende Vorteile:

a) hohe Produktivität (bis zu 40 kg/h gespritztes Metall),

b) haltbarere Beschichtungen mit hoher Haftung im Vergleich zum Flammverfahren,

c) die Möglichkeit der Verwendung von Drähten aus unterschiedlichen Metallen ermöglicht die Erzielung einer „Pseudolegierungs“-Beschichtung,

d) niedrige Betriebskosten.

Die Nachteile der Metalllichtbogenmetallisierung sind:

a) die Möglichkeit einer Überhitzung und Oxidation der versprühten Materialien bei geringer Fördergeschwindigkeit,

b) Verbrennung von Legierungselementen der gespritzten Materialien.

Reis. 4. Lichtbogenmetallisierung: 1 – Druckluftversorgung, 2 – Drahtvorschub, 3 – Düse, 4 – leitfähige Drähte, 5 – Detail.

4) Plasmaspritzen (Abbildung 5). Bei Plasmatrons ist die Anode eine wassergekühlte Düse und die Kathode ein Wolframstab. Argon und Stickstoff werden üblicherweise als plasmabildende Gase verwendet, manchmal unter Zusatz von Wasserstoff. Die Temperatur am Austritt der Düse kann mehrere zehntausend Grad betragen; Durch die starke Expansion des Gases erhält der Plasmastrahl eine hohe kinetische Energie.

Das Hochtemperatur-Plasmaspritzverfahren ermöglicht das Aufbringen feuerfester Beschichtungen. Das Ändern des Sprühmusters ermöglicht die Verwendung einer Vielzahl von Materialien, von Metall bis hin zu organischen Materialien. Auch die Dichte und Haftung solcher Beschichtungen ist hoch. Die Nachteile dieser Methode sind: relativ geringe Produktivität und intensive ultraviolette Strahlung.

Lesen Sie hier mehr über diese Beschichtungsmethode: Plasmaspritzbeschichtungen

Reis. 5. Plasmaspritzen: 1 – Inertgas, 2 – Kühlwasser, 3 – Gleichstrom, 4 – gespritztes Material, 5 – Kathode, 6 – Anode, 7 – Teil.

5) Elektroimpulsspritzen (Abbildung 6). Die Methode basiert auf dem explosionsartigen Schmelzen eines Drahtes, wenn eine elektrische Entladung eines Kondensators durch ihn hindurchgeht. Dabei schmilzt etwa 60 % des Drahtes, die restlichen 40 % gehen in den gasförmigen Zustand über. Die Schmelze besteht aus sehr kleinen Partikeln von einigen Hundertstel bis zu einigen Millimetern.Bei zu hoher Entladung geht das Metall im Draht vollständig in Gas über. Die Bewegung der Partikel in Richtung der besprühten Oberfläche erfolgt durch die Ausdehnung des Gases während der Explosion.

Die Vorteile des Verfahrens liegen in der fehlenden Oxidation durch Luftverdrängung, der hohen Dichte und Haftung der Beschichtung. Zu den Nachteilen zählen die eingeschränkte Materialauswahl (sie müssen elektrisch leitfähig sein) sowie die Unmöglichkeit, dicke Beschichtungen zu erhalten.

Reis. 6. Schema des elektrischen Impulsspritzens: CH – Stromversorgung für den Kondensator, C – Kondensator, R – Widerstand, SW – Schalter, EW – Draht, B – Detail.

6) Laserspritzen (Abbildung 7). Beim Laserspritzen wird das Pulver durch eine Zuführdüse dem Laserstrahl zugeführt. In einem Laserstrahl wird das Pulver geschmolzen und auf das Werkstück aufgetragen. Das Schutzgas dient als Schutz vor Oxidation. Das Einsatzgebiet des Laserspritzens ist die Beschichtung von Werkzeugen zum Stanzen, Biegen und Schneiden.

Pulverförmige Materialien werden zum Flamm-, Plasma-, Laser- und Detonationsspritzen verwendet. Draht oder Stab – zum Gasflammen-, Lichtbogen- und Elektroimpulsspritzen. Je feiner die Pulverfraktion, desto geringer die Porosität, desto besser die Haftung und desto höher die Qualität der Beschichtung. Die besprühte Fläche liegt bei jeder Sprühmethode in einem Abstand von mindestens 100 mm von der Düse.

Reis. 7. Laserspritzen: 1 – Laserstrahl, 2 – Schutzgas, 3 – Pulver, 4 – Detail.

Besprühte Teile

Das Spritzen von Beschichtungen wird angewendet:

• allgemeiner Maschinenbau zur Verstärkung von Teilen (Lager, Rollen, Zahnräder, Lehren, auch mit Gewinde, Bearbeitungszentren, Matrizen und Stempel usw.);

• in der Automobilindustrie zur Beschichtung von Kurbel- und Nockenwellen, Bremsschenkeln, Zylindern, Kolbenköpfen und -ringen, Kupplungsscheiben, Auslassventilen;

• in der Luftfahrtindustrie zum Abdecken von Düsen und anderen Elementen von Triebwerken, Turbinenschaufeln, zur Auskleidung des Rumpfes;

• in der elektrotechnischen Industrie – für Beschichtungen von Kondensatoren, Antennenreflektoren;

• in der chemischen und petrochemischen Industrie – zum Abdecken von Ventilen und Ventilsitzen, Düsen, Kolben, Wellen, Laufrädern, Pumpenzylindern, Brennkammern, zum Korrosionsschutz von Metallkonstruktionen, die in der Meeresumwelt eingesetzt werden;

• in der Medizin – zum Besprühen von Elektroden von Ozonatoren, Prothesen;

• im Alltag – zur Stärkung der Küchenausstattung (Geschirr, Herde).