Modellierung thermisch-physikalischer Vorgänge beim Thermischen Spritzen
Hans Jürgen Maier, Jens Prehm
Die Qualität thermisch gespritzter Schichten ist abhängig von diversen Faktoren wie Haftung,Porosität, Eigenspannungen und Mikrorissen. Maßgebend für diese Schichteigenschaftensind letztlich die Eigenschaften der Spritzpartikel unmittelbar vor dem Aufprallauf das Substrat. Hierzu zählen vor allem die Partikelgeschwindigkeit, die Temperaturund das Aufschmelzverhalten sowie die Partikelgröße. Durch Beeinflussung dieser Faktorenkönnen die Schichteigenschaften gezielt eingestellt und optimiert werden. In dieser Arbeit wird in einem ersten Schritt gezeigt, wie bei dem Lichtbogenspritzprozess, der als das wirtschaftlichste thermische Spritzverfahren gilt, die Einflussgröß Partikelgeschwindigkeitvor dem Aufprall auf das Substrat durch ein gezieltes Design einer Düse mittels numerischer Simulation deutlich erhöoht werden kann. Darüber hinaus wird am Beispiel des atmosphärischen Plasmaspritzens ein Simulationsverfahren entwickelt, das basierend auf den oben genannten Einflussgrößen eine Schichtsimulation ermöglicht. Hier werden durch eine Kopplung von numerischer Strömungsmechanik und der Finite Elemente Methode die Porenbildung und der ‚curling-up‘ Effekt, welche beim Abkühlungsprozess der erstarrten Partikel auftreten, einbezogen.
