Versuchsstand Kaltgasspritzen

Abteilung Hochgeschwindigkeits­konfigurationen

Prinzipskizze Kaltgasspritzen
Kaltgasspritzen (cold spray) ist ein neues Verfahren zur Beschichtung von Oberflächen. Das Verfahren beruht auf dem Aufprall von kalten Partikeln hoher kinetischer Energie auf Substrate. Die Beschleunigung und der Transport der Partikel geschieht in Überschallfreistrahlen. Kaltgasspritzen gehört zu den Hochratebeschichtungsverfahren. Es zeichnet sich dadurch aus, dass es bei geringem technischen Aufwand unter Atmosphärendruck und bei niedrigen Temperaturen abläuft. Kaltgasspritzen ist in weiten Bereichen der Oberflächenbeschichtung einsetzbar. Typische Anwendungsfelder sind der Verschleiß- und der Korrosionsschutz in der Luftfahrtindustrie.

Prozessführung

Mikroskaligen Partikeln wird in einem Überschallfreistrahl eine hohe kinetische Energie erteilt. Beim Auftreffen der Partikel auf eine Oberfläche ist aufgrund der hohen kinetischen Energie der Partikel die Deposition metallischer oder von Polymerschichten möglich. Der gesamte Ablauf des Verfahrens ist in der Prinzipskizze unten dargestellt.

Anders als bei thermischen Spritzverfahren muss beim Kaltgasspritzen das Beschichtungsgut im Strahl nicht in der flüssigen Phase vorliegen. Die geringere thermische Energie wird durch eine wesentlich höhere kinetische Energie der Partikel kompensiert. Dieser Unterschied hat entscheidende Konsequenzen, da Oxydations- und Verdampfungsprozesse im Strahl vermieden werden können. Dies erlaubt eine größere Freiheit in der Wahl der Beschichtungsmaterialien. Die Beschichtungsstärken sind in weiten Bereichen variierbar, die Wärmebelastung des Substrats ist klein und der Energieaufwand ist gering.

Für die Prozessführung des Kaltgasspritzens ist von Bedeutung, dass der Abstand zwischen Düsenende und Substrat kleiner ist als der Überschallkern des Freistrahls. Dies hat grundlegende Unterschiede in der Strömungsmechanik des Kaltgasspritzens und klassischer thermischer Spritzverfahren zur Folge. Geringe Temperaturen und eine klar definierte Strahlgeometrie (aufgrund geringen Eintrags von Umgebungsluft) erlauben das Auftragen von Schichten auf genau definierte Bereiche ohne die Notwendigkeit einer Maskierung.

Anwendungen

  • Aluminium auf Aluminiumlegierungen (FSW-Aluminium-Schweißnähte, Luftfahrt)
  • Zink auf Stahl (Automobilbau)

Prozess Parameter

Partikelgeschwindigkeiten:

größer 600 m/s

Partikeldurchmesser:

10 - 100 µm

Partikeltemperaturen:

kleiner halbe Schmelztemperatur

Trägergas:

Stickstoff, Druckluft

Substrate:

metallisch und nichtmetallisch

Kupfer auf Aluminiumsubstrat
Zink auf Aluminiumsubstrat


Kontakt
Dr.rer.nat. Martin Rein
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik
, Hochgeschwindigkeitskonfigurationen
Tel: +49 551 709-2671

Fax: +49 551 709-2870

E-Mail: martin.rein@dlr.de
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