DVS 2301-2009 Thermal spray processes for metallic and non-metallic materials.pdf

1、Inhalt:1. Geltungsbereich 2. Einleitung3. Nichtmetallische Grundwerksto e4. Ober chenvorbereitung4.1. Reinigen mit Waschmitteln in wssrigen Lsungen4.2. Reinigen mit organischen Lsemitteln4.3. Chemisch-physikalische Ober chenvorbereitung4.4. Thermische Ober chenvorbereitung4.5. Mechanische Ober chenv

2、orbereitung4.5.1. Spanende Verfahren4.5.2. Strahlen4.5.3. Haftvermittelnde Zwischenschichten5. Abdeckmanahmen6. Arbeits- und Umweltschutz7. Schrifttum7.1 Regelwerk7.2 Literatur1. Geltungsbereich Das Merkblatt enthlt Empfehlungen (Arbeitsanweisungen) fr die fachgerechte Haftgrundvorbereitung von nich

3、tmetallischen Grundwerksto en fr thermisch gespritzte Schichten. Darberhi-naus gibt es allgemeine Hinweise zum Arbeits- und Umweltschutz. 2. Einleitung Beim thermischen Spritzen von Metallen, Karbiden, Oxiden, Kunststo en und deren Mischungen auf nichtmetallische Grund-werksto e beruht der Haftmecha

4、nismus auf unterschiedlichen Bindungsarten. Aus diesem Grund kommt der Ober achenvorbereitung eine erhhte Bedeutung zu. Nur optimal vorbereitete Grundwerkstof-fober chen ergeben eine zufriedenstellende Haftung zwischen Grundwerksto und Spritzschicht. Nichtmetallische Werksto e, wie Kunststo , Graphi

5、t, Keramik und Halbleiter, gewinnen in der Technik aus verschiedenen Grnden (geringes Gewicht, spezi sche, elektrische Eigenschaften, che-mische Bestndigkeit und Kosten) zunehmend an Bedeutung. Funktionsteile aus Kunststo , Graphit und Keramik ersetzen be-reits heute teure, metallische Grundwerksto

6、e sowohl bei Mas-senteilen als auch bei hochbeanspruchten Sonderteilen. Gengen die Ober chen der nichtmetallischen Grundwerksto e den an sie gestellten Anforderungen nicht, so knnen thermisch gespritzte Schichten eine Ober chenoptimierung bringen, zum Beispiel als Schutzschichten gegen Verschlei, me

7、chanische Einwirkungen Korrosion, chemische Einwirkungen Wrme, thermische Einwirkungen Schichten mit spezi schen, elektrischen Eigenschaften Elektrische Isolatoren, Dielektrika Elektrische Leiter Besondere Elektronenemission Schichten mit spezi schen Ober chene ekten Ober chenvergrerung Spezi sche O

8、ber chenstruktur Dekorative Ober chen Schichten mit speziellen Sto eigenschaften Katalysatorwirkung Ober chenaktivitt Hochtemperaturbestndigkeit Ltfhigkeit 3. Nichtmetallische Grundwerksto e Nichtmetallische Grundwerksto e lassen sich in folgende Grup-pen einteilen: Tabelle 1: Einteilung nichtmetall

9、ischer Werksto e. Keramik Kunststo e Natursto e Sonstige Silicatkeramik Tongut, Glaske-ramik, Mullit, . Thermoplaste (Plastomere) PE, PVC, PU, . Holz und Holz-produkte (Pappe, Papier)Zellulose Graphit Oxidkeramik Al 2O 3, ZrO 2, . Elastomere EPDM, PP, . Stein Halbleiter Nichtoxidische-Keramik AlN, S

10、iC, Si 3N 4, . Duroplaste (Duromere),gefllt und ungefllt Epoxidharz, - Melamin, . Glas 4. Ober chenvorbereitung Neben dem Reinigen/Entfetten des Grundwerksto s kann eine ordnungsgeme Vorbereitung des Haftgrundes auch eine wei-tergehende chemisch-physikalische, thermische oder mechani-sche Ober chenb

11、ehandlung erforderlich machen. Die Verweil-dauer zwischen Ober chenvorbereitung und anschlieendem thermischen Spritzen ist so kurz wie mglich zu halten. Diese Forderung gilt besonders bei chemisch-physikalischer und ther-mischer Vorbereitung. 4.1. Reinigen mit Waschmitteln in wssrigen Lsungen Reinig

12、ungsverfahren sind: Tauch- oder Sprhverfahren mit oder ohne Anwendung von Ultraschall. Bei Tauch- und Sprhverfahren sind meist mechanische Hilfs-mittel zustzlich erforderlich, um anhaftende Fremdsto e ausrei-chend zu entfernen. Die Reinigungswirkung wird mit Ultraschall verbessert. Ist die An-wendun

13、g von Ultraschall nicht mglich, muss auf mechanische Hilfsmittel (z. B. Brsten) zurckgegri en werden. Fr die Anwen-dung sind mild alkalische (pH 9 bis 10,5) Phosphatreiniger mit ho-hem Tensidgehalt zu bevorzugen. Silikatreiniger und organische Ersetzt Ausgabe Februar 2008Nachdruck und Kopie, auch au

14、szugsweise, nur mit Genehmigung des HerausgebersBezug: DVS Media GmbH, Postfach 10 19 65, 40010 Dsseldorf, Telefon (02 11) 15 91- 0, Telefax (02 11) 15 91- 150DVS, Ausschuss fr Technik, ArbeitsgruppeDiese Verffentlichung wurde von einer Gruppe erfahrener Fachleute in ehrenamtlicher Gemeinschaftsarbe

15、it erstellt und wird als eine wichtige Erkenntnisquelle zur Beachtung empfohlen. Der Anwender muss jeweils prfen, wie weit der Inhalt auf seinen speziellen Fall anwendbar und ob die ihm vorliegende Fassung noch gltig ist. Eine Haftung des DVS und derjenigen, die an der Ausarbeitung beteiligt waren,

16、ist ausgeschlossen.DVS DEUTSCHER VERBAND FR SCHWEISSEN UND VERWANDTE VERFAHREN E. V.DVS 2311Thermische Beschichtungsverfahren“Haftgrundvorbereitung von nichtmetallischen Werksto en fr thermisch gespritzte SchichtenMrz 2015MerkblattB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74

17、F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11DVS 2311Seite 2Neutralreiniger sind nur bedingt geeignet. Anschlieendes Splen mit VE-Wasser und Trocknen mit lfreier, trockener Druckluft sind unerlsslich. 4.2. Reinigen mit organischen Lsemitteln Mgliche Reinigungsverfahren sind: T

18、auchverfahren mit oder ohne Anwendung von Ultraschall sowie Dampfentfettung. Folgende Lsemittel sind mglich: Tabelle 2. Organische Lsemittel. Lsemittel SiedepunktC 2-Propanon (Aceton) *56,2 Dichlormethan (Methylenchlorid) #39,6 Ethanol *78,3 Methanol *64,7 Tetrachlorethen (Perchlorethylen) #120,8 1,

19、1,2-Trichlorethen (Trichlorethylen) #87,4 1,1,2-Trichlor-1,2,2-Tri uorethan (R 113) #47,61,1,1-Trichlorethan (Methylchloroform) #74,0iso-Propanol (Isopropylalkohol) *82,3* leicht entzndlich#gesundheitsschdlich Bei der Verwendung von organischen Lsemitteln sind die Grund-stze zur Verhtung von Gefhrdu

20、ngen gem GefSto V zu be-rcksichtigen. Nach Mglichkeit sind entsprechende Verfahren und Sto e gem. GefSto V durch weniger gefhrliche zu ersetzen. Weiterhin sind die Vorschriften der Betriebssicherheitsverordnung (BetrSichV) ber brennbare Flssigkeiten sowie die Vorschrif-ten zum Explosionsschutz bei R

21、einigungsanlagen zu beachten. Vorsicht ist beim Versprhen geboten. Selbst bei schwerer ent- ammbaren Reinigern (mit sehr hohem Flammpunkt) muss damit gerechnet werden, dass ein Sprhnebel gezndet werden kann. Die Verwendung von Chlorkohlenwassersto en (CKW) zu Reini-gungszwecken ist aus Grnden des Um

22、welt- und Arbeitsschutzes sehr stark reglementiert worden. Entsprechend der 2. BImSchV drfen CKW bis auf wenige Ausnahmen nur noch in geschlosse-nen Anlagen eingesetzt werden. Tauchreinigung und Dampfent-fettung sind gngige Verfahren. 4.3. Chemisch-physikalische Ober chenvorbereitung blich sind: tze

23、n, Bekeimen, lonentzen. ber die zahlreichen chemischen Vorbereitungsverfahren von Kunststo en knnen An-regungen den Fachbchern, zum Beispiel 1, entnommen wer-den. 4.4. Thermische Ober chenvorbereitung Die thermische Vorbereitung soll die Ober che trocknen, reini-gen oder chemisch/physikalisch aktivi

24、eren. Dazu knnen je nach Grundwerksto o ene Flammen, Strahlungswrme, Tieftempera-turen, Koronaentladung angewandt werden. 4.5. Mechanische Ober chenvorbereitung 4.5.1. Spanende Verfahren In bestimmten Fllen reicht Frsen, Drehen, Schleifen oder Brs-ten fr die Vorbereitung aus. Es ist jedoch darauf zu

25、 achten, dass hierbei die Werksto eigenschaften nicht beeintrchtigt werden. Beeintrchtigungen knnen entstehen durch: Einbringen von Spannungen, Verdichten der Ober che, Oxida-tionsvorgnge. Bei Kunststo en: Freilegen von Poren, Beschdi-gung von Fasereinlagen und anderes. 4.5.2. Strahlen Durch Strahle

26、n soll die Ober che gereinigt und aufgeraut wer-den. Ein ussgren auf das Strahlergebnis sind unter anderem Strahlmittelart und -sorte sowie die Betriebsparameter des Strahl-vorganges, wie Strahleinwirkdauer, Strahlmitteldurchsatz, Strahl-abstand, Strahlauftre winkel, Strahlmittelauftre geschwindigke

27、it und Strahlmittelbedeckungsgrad (siehe auch DIN 8200). Sie sind entsprechend dem zu strahlenden Bauteil und Grundwerk-sto auszuwhlen bzw. einzustellen und, falls erforderlich, durch Strahlproben zu optimieren. Die entstehende Rauheit (Rautiefe und Ober chencharakter) kann durch Sicht- und Tastverg

28、leich mit Hilfe von Rauheitsver-gleichsmustern, zum Beispiel nach DIN EN ISO 8503 (Teile 1 und 2) bestimmt, die Rautiefenmessgren mit Hilfe von elektrischen Tastschnittgerten ermittelt werden (siehe DIN EN ISO 4288). 4.5.2.1. Strahlmittel Einen berblick ber mgliche und gegebenenfalls geeignete Strah

29、lmittel gibt Tabelle 3. Zur Auswahl geeigneter Strahlmittel siehe auch DIN 8200, DIN 8201 Teile 4, 5 und 7, DIN EN ISO 11124 sowie DIN EN ISO 11126 (insbesondere hinsichtlich Korn-form, Korngre und Korngrenverteilungen), sowie 2. Tabelle 3. Strahlmittel. Korund Al 2O 3+ (A) + o (A) o (A) Zirkonkorun

30、d + (A) + o (A) o (A) Siliziumkarbid + (A) + o (A) o (A) Eisen und Stahl o (A) o o (A) NE-Metall o (A) + o (A) Schlacken o (A) + o (A) o (A) Glas + (A) + o (A) o (A) Kunststo o (A) Nussschalen + o (A) Quarzsand Wegen Silikosegefahr nur noch fr besondere Zwecke und mit Ausnahmegenehmigung gem DIN 820

31、1 Teil 5, 7 Tauglichkeit: + geeignet; o bedingt geeignet; nicht geeignet,(A) je nach Hrte und Ober chenemp ndlichkeit des Grund-werksto es. 4.5.2.2. Strahlsysteme Das Strahlsystem wird nach der Methode oder dem Trgermittel bezeichnet, durch das die Strahlmittel auf die zum Strahlen not-wendige Gesch

32、windigkeit beschleunigt werden. Das zu verwen-dende Strahlsystem ist nach Grundwerksto , erforderlichem Strahlmittel und technischen Gegebenheiten auszuwhlen. Beim Strahlen kommt den zum Beschleunigen verwendeten Tr-germitteln (z. B. Druckluft, Schlmmen oder Flssigkeiten) oft eine besondere Bedeutun

33、g zu, da sie hu g auch fr Reinigungszwe-cke oder zum Khlen benutzt werden. 4.5.3. Haftvermittelnde Zwischenschichten Haftvermittelnde Zwischenschichten ermglichen der thermisch gespritzten Deckschicht eine bessere Anbindung. Thermoplasti-sche Pu erschichten erlauben das Eindringen heier Spritzparti-

34、kel in die Ober che und somit eine formschlssige Verbindung. Zahlreiche, vorrangig wenig duktile Polymere (keine Elastomere) auf Kunststo en knnen ber einen Raustrahlprozess prpariert werden, um damit eine gewnschte Ober chenvergrerung und -aktivierung zu realisieren. Zustzlich kann ber die Art bzw.

35、 den Aufbau der Zwischenschicht, ein gnstiger Eigenspannungs-zustand herbeigefhrt werden (kontinuierlicher bergang der Werksto eigenschaften). B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11DVS 2311 Seite 3Emp

36、ndliche Kunststo substrate, wie Faserverstrkte Kunst-sto e (FVK) werden durch Zwischenschichten (Gelcoat) gegen berkritische Beanspruchung beim Raustrahlen und beim Ther-mischen Spritzen geschtzt. Fr das nachtrgliche Auftragen von Zwischenschichten knnen verschiedene Techniken genutzt werden, wie Ta

37、uchen, Pinseln, Sprhen, Thermisches Spritzen, Aufdampfen, chemische Abscheidung, elektrolytische Verfahren. Als Zwischenschichtmaterialien eignen sich Metalle, Kunststo e und Metall-Kunststo mischungen. Relativ einfach lsst sich eine Zwischenschicht auf Nichteisenmetallen insbesondere bei Kunst-sto

38、en durch das Aufbringen eines Klebsto es herstellen, mit an-schlieendem Aufspritzen eines niedrig schmelzenden Werksto s (bspw. Zink). 4.5.3.1. Zwischenschicht auf Klebsto basis Die gereinigte Ober che wird mit handelsblichem Klebsto be-handelt (pinseln, sprhen, spachteln). Dabei ist auf die Vertrg-

39、lichkeit zum Substratwerksto zu achten (Herstellerangaben be-folgen). Unmittelbar nach dem Auftragen des Klebsto es ist eine dnne Schicht (ca. 100m) mit einem, fr das Substrat kaltem Verfahren, wie z. B. Lichtbogenspritzen oder Draht ammspritzen aufzubringen. Hier eignen sich u. a. Zink oder eine de

40、r bekannten gngigen Legierungen wie NiAl oder NiCr als Haftschichten. Die Metallschicht verbindet sich mit dem Klebsto nach dessen Aus-hrtung zu einer thermisch belastbaren Zwischenschicht, auf die ein weiterer Schichtaufbau erfolgen kann. 4.5.3.2. Gelcoat Je nach Art des Kunststo s knnen Gelcoats a

41、ls abschlieende Zwischenlage auf das idealerweise noch nicht vollstndig aus-gehrtete Bauteil aufgebracht werden. Diese Schicht schtzt die Ober che des Kunststo grundkrpers, insbesondere bei der Strahlvorbehandlung. Zudem verbessern Gelcoats je nach Werk-sto die Wrmeleitfhigkeit, was zu einer bessere

42、n Temperatur-vertrglichkeit des Substrates fhren kann. Typische Gelcoats basieren auf Duromeren oder Thermoplasten. Gelcoat-Polymere und Substratkunststo mssen chemisch zueinander vertrglich sein. Die aufgetragenen Polymersysteme lassen sich mit bis zu ca. 40 Vol- % Spritzpulver, das auf das Materia

43、l der thermischen Spritzschicht abgestimmt ist, anreichern, z. B. mit NiCr 80/20, Al oder Keramik. Dadurch kann bei metallischen Werksto en eine teilweise Di usionsanbindung des Spritzgutes bzw. ein verbesser-ter Eigenspannungszustand des Verbundbauteils erreicht werden. (Siehe auch Merkblatt DVS 23

44、15). 4.5.3.3. Physikalisch, chemisch und galvanisch aufgetrage-ne Zwischenschichten Mit physikalischen Verfahren aufgebrachte Zwischenschichten werden bislang nur vereinzelt industriell eingesetzt und be n-den sich grtenteils noch in der Erprobungsphase. Dazu zhlen stromlos abgeschiedene Nickel- und

45、 Kupferschichten sowie auf Nickel, Cobalt, Kupfer und Chrom basierende Galvanikbeschich-tungen. Weiterhin sind auch PVD-Schichten (Physikal Vapour Deposition), bspw. auf Titan- und Titan-Aluminium-Basis mg-lich. Dafr kann sowohl das Lichtbogen- als auch das Sputter-Verfahren eingesetzt werden. Alle

46、genannten Technologien ha-ben den Nachteil niedriger Schichtabscheidungsraten bzw. hoher Prozessdauern. Ebenfalls nutzbar sind im Vakuum aufgedampfte Schichten. Diese ermglichen erhhte Schichtwachstumsraten (bis ca. 25 m/s) fhren aber zu geringeren Haftzugfestigkeiten. Aufgrund der hohen Prozesstemp

47、eraturen knnen Zwischen-schichten mittels CVD-Verfahren (Chemical Vapour Deposition) nur bei Plasmauntersttzung (Plasma Enhanced - PECVD) aufge-bracht werden. Die zumeist sehr dnnen Schichten knnen eine Schutzfunktion bei UV-emp ndlichen Polymeren gegenber Licht-bgen- und Plasmen beim Thermischen Sp

48、ritzen bieten und sind zur Abdichtung der Ober che vorteilhaft, wie bei Polymeren, die zur Flssigkeitsaufnahme neigen. 4.5.3.4. Nachreinigung Eine grndliche Nachreinigung der gestrahlten Ober chen von Strahlmittelresten und Staub ist fr die Haftung der Spritzschicht von wesentlicher Bedeutung. Sie geschieht am besten durch Absaugung oder durch Abblasen mit trockener, lfreier Druck-luft. Von Kunststo ober chen knnen Stube infolge statischer Au adung oft n