Was ist die thermische Spritztechnik?

Die Thermische-Spritztechnik ist in der nationalen Norm GB/T18719-2002 „Terminologie und Klassifizierung des thermischen Spritzens“ definiert: Die Thermische-Spritztechnik ist ein Verfahren, bei dem das Spritzmaterial mithilfe einer Wärmequelle in einen geschmolzenen oder halbgeschmolzenen Zustand erhitzt und mit einer bestimmten Geschwindigkeit auf die vorbehandelte Substratoberfläche gespritzt und dort abgeschieden wird, um eine Beschichtung zu bilden. Die Thermische-Spritztechnik erzeugt auf der Oberfläche gewöhnlicher Materialien eine spezielle Arbeitsoberfläche, um eine Reihe von Funktionen wie Korrosionsbeständigkeit, Verschleißfestigkeit, Reibungsminderung, Hochtemperaturbeständigkeit, Oxidationsbeständigkeit, Wärmedämmung, Isolierung, elektrische Leitfähigkeit und Schutz vor Mikrowellenstrahlung zu erzielen und dadurch Materialien und Energie einzusparen. Die spezielle Arbeitsoberfläche wird als Beschichtung bezeichnet, und das Verfahren zur Herstellung der Beschichtung nennt man thermisches Spritzen. Die Thermische-Spritztechnik ist ein wichtiger Bestandteil der Oberflächentechnik und macht etwa ein Drittel der Oberflächenengineering-Technik aus.

I.Vorteile

Die Ausrüstung ist leicht und kann vor Ort eingesetzt werden.
Das Verfahren ist flexibel und erfordert nur wenige Arbeitsschritte. Reparaturen können schnell durchgeführt und die Bearbeitungszeit verkürzt werden.
Das Verfahren ist sehr anpassungsfähig und im Allgemeinen weder durch die Größe des Werkstücks noch durch die Einsatzumgebung begrenzt.
Die Beschichtungsdicke kann kontrolliert werden.
Außer beim Spritzschweißen ist die Erwärmungstemperatur des Substrats niedrig, die Verformung des Werkstücks gering und die Veränderungen der Kristallstruktur und der Eigenschaften sind ebenfalls gering.
Das Verfahren eignet sich für Teile aus verschiedensten Grundwerkstoffen und ermöglicht die Herstellung verschiedener Schutz- und Funktionsbeschichtungen auf der Oberfläche nahezu aller festen Materialien.

II.Merkmale

Aus der Analyse der Grundlagen und des Verfahrens der Thermische-Spritztechnik ergeben sich folgende Merkmale:

Da der Temperaturbereich der Wärmequelle sehr groß ist, umfassen die spritzbaren Beschichtungsmaterialien nahezu alle festen technischen Werkstoffe, darunter Metalle, Legierungen, Keramiken, Metallkeramiken, Kunststoffe und daraus zusammengesetzte Verbundwerkstoffe. Dadurch kann die Oberfläche des Substrats mit verschiedenen Funktionen ausgestattet werden, beispielsweise Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Hochtemperaturbeständigkeit, Oxidationsbeständigkeit, Isolierung, Wärmedämmung, Biokompatibilität und Infrarotabsorption.
Während des Spritzvorgangs ist der Erwärmungsgrad der Substratoberfläche gering und kontrollierbar. Daher kann das Verfahren auf verschiedene Materialien wie Metall, Keramik, Glas, Gewebe, Papier und Kunststoff angewendet werden. Die Struktur und die Eigenschaften des Substrats werden nahezu nicht beeinflusst, und auch die Verformung des Werkstücks ist gering.
Die Ausrüstung ist einfach und flexibel zu bedienen. Große Flächen großer Bauteile oder bestimmte Bereiche können bespritzt werden; der Spritzvorgang kann in der Fabrik oder im Freien durchgeführt werden.
Der Spritzvorgang umfasst wenige Arbeitsschritte, hat eine kurze Ausführungszeit, eine hohe Effizienz und ist wirtschaftlich. Mit steigenden Anforderungen an die Anwendungen des thermischen Spritzens und der Ausweitung der Einsatzgebiete, insbesondere durch die Weiterentwicklung der Spritztechnik selbst, beispielsweise durch immer leistungsfähigere und präzisere Spritzausrüstungen, eine zunehmende Vielfalt an Beschichtungsmaterialien und eine schrittweise Verbesserung der Leistungsfähigkeit, hat sich die Thermische-Spritztechnik im vergangenen Jahrzehnt rasch entwickelt. Nicht nur das Anwendungsgebiet wurde erheblich erweitert, sondern die Technik entwickelte sich auch von der anfänglichen Herstellung allgemeiner Schutzbeschichtungen zur Herstellung verschiedener Funktionsbeschichtungen; von der Instandhaltung einzelner Werkstücke zur Fertigung großer Produktmengen; von der Herstellung einzelner Beschichtungen zu einer Spritzsystemtechnik, die Produktfehleranalyse, Oberflächenvorbehandlung, Forschung und Entwicklung von Beschichtungsmaterialien und Ausrüstung, Auswahl, Beschichtungssystemdesign und Nachbearbeitung der Beschichtung umfasst. Sie ist zu einem sehr aktiven Fachgebiet der Materialoberflächenwissenschaft geworden. In der modernen Industrie hat sie sich neben eigenständigen Materialbearbeitungstechnologien wie Gießen, Schmieden, Schweißen und Wärmebehandlung schrittweise etabliert. Sie ist zu einem wichtigen Verfahren für die Industrie geworden, um wertvolle Materialien und Energie einzusparen, die Produktqualität zu verbessern, die Produktlebensdauer zu verlängern, Kosten zu senken und die Arbeitseffizienz zu steigern. In verschiedenen Bereichen der Volkswirtschaft findet sie zunehmend breite Anwendung.

III. Technische Vorteile

Die Zähigkeit und gute Bearbeitbarkeit metallischer Werkstoffe können mit der Hochtemperaturbeständigkeit, Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit keramischer Werkstoffe organisch kombiniert werden.
Durch die sinnvolle Auswahl der Beschichtungsmaterialien und geeigneter Spritzverfahren können Oberflächenverstärkungsbeschichtungen mit verschiedenen Funktionen hergestellt werden.
Nicht durch das Substrat begrenzt: Als Substratmaterial für das thermische Spritzen können anorganische Materialien wie Metall, Keramik, Zement, feuerfeste Materialien, Stein und Gips oder organische Materialien wie Kunststoff, Gummi, Holz und Papier verwendet werden.
Nicht durch die Größe des Werkstücks oder den Einsatzort begrenzt.
Die Abscheiderate der Beschichtung ist hoch, die Dicke kontrollierbar und das Verfahren einfach.
Keramische Beschichtungen weisen eine gute Verarbeitbarkeit auf und können nach einer Beschädigung erneut aufgespritzt werden.

IV.Entwicklungstrends

Die Thermische-Spritztechnik wurde in China weit verbreitet und angewendet. Die Entwicklungstrends und Merkmale der letzten Jahre sind:

⑴Technologien zum langfristigen Schutz großer Flächen werden umfassend eingesetzt

Für Stahlkonstruktionen, die lange Zeit der Außenatmosphäre ausgesetzt sind, hat sich das Aufspritzen von Aluminium-, Zink- und deren Legierungsbeschichtungen anstelle des herkömmlichen Lackierens sowie der kathodische Schutz zur langfristigen Vermeidung atmosphärischer Korrosion in den vergangenen Jahren rasch entwickelt. Große Bauwerke wie Fernsehtürme, Brücken, Autobahnanlagen, Schleusentore, Mikrowellentürme, Hochspannungsmasten, unterirdische Kabelträger, Navigationsbojen und Schächte verwenden zum Korrosionsschutz Aluminium, Zink und deren Legierungen im Spritzverfahren. In China sind Dutzende professionelle Spritzbetriebe mit dieser Arbeit beschäftigt, und die Spritzfläche beträgt jährlich mehr als mehrere Millionen Quadratmeter. Diese Technologie wurde nicht nur in China umfassend gefördert und angewendet, sondern auch bei Projekten der Auslandshilfe erfolgreich eingesetzt.

⑵Reparatur und Verstärkung großer Anlagen sowie Lokalisierung importierter Teile

Bei der Reparatur und Verstärkung großer Anlagen sowie der Lokalisierung importierter Teile gab es in den vergangenen Jahren zahlreiche erfolgreiche Anwendungsbeispiele, darunter Walzwerke mit 1,7 Metern, Rotoren von Hochgeschwindigkeitsventilatoren, Kolben großer Extruder, große Zahnräder, Düsen für die Elektrodenextrusion und Kurbelwellen von Hochleistungsfahrzeugen. Die Umsetzung dieser Arbeiten erfüllt erstens dringende Produktionsanforderungen und spart zweitens große Mengen an Devisen.

⑶Anwendung der Überschall-Flammspritztechnik Mit der Entwicklung und Verbesserung der chinesischen Thermische-Spritztechnik steigen die Qualitätsanforderungen an Spritzbeschichtungen stetig. Das in den Vereinigten Staaten und anderen Ländern entwickelte Hochgeschwindigkeits-Gasverfahren (HVAF) ist ein neues Verfahren zur Herstellung hochwertiger Beschichtungen. Da das Überschall-Flammspritzverfahren zahlreiche Vorteile bietet, hat China nacheinander nahezu ein Dutzend Anlagen aus dem Ausland eingeführt, die in verschiedenen Industriebereichen eine wichtige Rolle spielen.

⑷Die Gasdeflagrations-Spritztechnik wird weiter angewendet

Diese Spritztechnik ist in bestimmten Bereichen anderen Spritzverfahren überlegen, da die Fluggeschwindigkeit der Partikel mehr als 800 m/s erreichen kann, die Haftfestigkeit zwischen Beschichtung und Substrat mehr als 100 MPa betragen kann und die Porosität <1 % ist. In China wurden mehr als 10 Anlagen installiert.

⑸Die Spritztechnik für Kunststoffpulver mit Oxyacetyl-Flamme hat sich rasch entwickelt

Wie oben erwähnt, gibt es in den vergangenen Jahren zahlreiche chinesische Hersteller von Anlagen zum Spritzen von Kunststoffpulver mit Oxyacetyl-Flamme. Mit diesem Verfahren wurden gute Ergebnisse bei Chemikalienlagertanks, Rohrleitungen, Rahmen von Schlammmaschinen der Keramikindustrie, Stoffführungswalzen der Druck- und Färbeindustrie, Gusseisen-Stützrädern von Bandförderern der Kohleindustrie, Einspritzausrüstungen der Erdölindustrie und bei der Oberflächendekoration erzielt. Dadurch werden die Nachteile des Elektrospritzens ausgeglichen und neue Möglichkeiten für den Einsatz von Kunststoffbeschichtungen eröffnet.

⑹Die Thermische-Spritztechnik wird im chemischen Korrosionsschutz eingesetzt

Korrosion ist einer der Hauptgründe für das Versagen mechanischer Teile infolge der chemischen oder elektrochemischen Einwirkung des umgebenden Mediums. Sie führt nicht nur zum Verlust großer Mengen metallischer Werkstoffe, sondern auch zu Produktionsausfällen, deren Kosten schwer abzuschätzen sind. Daher widmen die Menschen dem chemischen Korrosionsschutz besondere Aufmerksamkeit. Thermische Spritzbeschichtungen werden in korrosiven Medien eingesetzt, insbesondere bei starker Medienkorrosion. Der Hauptgrund dafür, dass sich ihr Einsatz früher nicht durchsetzen konnte, war das ungelöste Problem der Versiegelungsmittel. Wie allgemein bekannt ist, enthält eine Spritzbeschichtung Poren. Werden diese Poren nicht versiegelt, dringen verschiedene Säuren, Laugen und organische Medien in sie ein, wodurch sich die Beschichtung ablöst und die Korrosionsschutzwirkung beeinträchtigt wird. Entsprechend den Anforderungen des Korrosionsschutzes hat China kürzlich Dutzende Arten von Versiegelungsmitteln entwickelt, darunter Polyester-, organische Polymer-, Harz-, Kunststoff- und Klebstofftypen. Sie eignen sich für korrosive Umgebungen mit Säuren, Laugen, Salzen und organischen Stoffen und für Einsatztemperaturen von 80~350℃. Je nach Medium werden für Keramik-, Oxid-, Metall- oder Legierungsbeschichtungen geeignete Versiegelungsmittel ausgewählt. Diese wurden in zahlreichen chemisch korrosiven Medien mit guten Ergebnissen eingesetzt. Diese Reihe von Versiegelungsmitteln wurde patentiert und mit dem Nationalen Erfinderpreis ausgezeichnet. Die erfolgreiche Entwicklung dieser Versiegelungsmittel hat neue Fortschritte bei der Anwendung der Thermische-Spritztechnik im chemischen Korrosionsschutz ermöglicht.

⑺Die Technologie des Laserschmelzens wird erstmals angewendet

Das Hochfrequenz-Induktionsumschmelzen und das Vakuum-Induktionsumschmelzen werden nur in einem begrenzten Umfang angewendet. Die Laserschmelztechnik wurde in den vergangenen Jahren auf kleinen Flächen erprobt, aber noch nicht umfassend eingesetzt. Kürzlich hat die Tsinghua-Universität die Laserschmelztechnik bei der Ventilherstellung eingesetzt, und das Zweite Textilmaschinenwerk Shanghai hat die Laserschmelztechnik im Textilmaschinenbau angewendet.

⑻Sie wird auch in der Gebäudedekoration und im Gesundheitswesen eingesetzt

Die Thermische-Spritztechnik wird auch in der Gebäudedekoration und im Gesundheitswesen eingesetzt. In den vergangenen Jahren haben Sichuan, Shanghai, Shenyang, Yunnan und andere Regionen die Thermische-Spritztechnik zum Beschichten verschiedener Statuen, Ornamente, großer Wandflächen usw. eingesetzt und gute Ergebnisse erzielt. Beispielsweise wurde das große Wandbild eines Pfaus mit ausgebreitetem Schwanz im International Shopping Mall in Shenyang mit der Thermische-Spritztechnik hergestellt. Mit der Entwicklung und Verbesserung der Thermische-Spritztechnik ist diese Technologie in weitere Bereiche vorgedrungen. So werden beispielsweise im biologischen Bereich künstliche Knochen mithilfe thermischer Spritzverfahren hergestellt. In China wurden sie in mehr als 200 klinischen Fällen eingesetzt und erzielten sehr gute Ergebnisse. Darüber hinaus wurden künstliche Zähne, die mit thermischen Spritzverfahren hergestellt wurden, ebenfalls erstmals eingesetzt.

VI.Klassifizierung der Thermische-Spritztechnik

Als neue praktische Ingenieurtechnik gibt es keine einheitliche Standardklassifizierung. Im Allgemeinen erfolgt die Einteilung nach der Art der Wärmequelle, der Form des Spritzmaterials und der Funktion der Beschichtung. Je nach Funktion der Beschichtung kann beispielsweise zwischen korrosionsbeständigen, verschleißfesten, wärmeisolierenden und anderen Beschichtungen unterschieden werden. Nach dem Erwärmungs- und Bindeverfahren kann zwischen Spritzen und Spritzschmelzen unterschieden werden: Beim Ersteren schmilzt der Grundwerkstoff nicht, und Beschichtung und Substrat gehen eine mechanische Verbindung ein; beim Letzteren wird die Beschichtung erneut erhitzt und aufgeschmolzen, wobei sich Beschichtung und Substrat gegenseitig lösen und diffundieren und eine metallurgische Verbindung bilden.