1、DVS, Ausschuss fr Technik, Arbeitsgruppe Thermisches Spritzen und thermisch gespritzte Schichten“Nachdruck und Kopie,auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des HerausgebersDVS DEUTSCHER VERBANDFR SCHWEISSEN UNDVERWANDTE VERFAHREN E.V.Bezug: DVS Media GmbH, Postfach 10 19 65, 40010 Dsseldorf, Telefon
2、 (02 11) 15 91- 0, Telefax (02 11) 15 91- 150Diese Verffentlichung wurde von einer Gruppe erfahrener Fachleute in ehrenamtlicher Gemeinschaftsarbeit erstellt und wird als eine wichtige Erkenntnisquelle zur Beachtung empfohlen. Der Anwender muss jeweils prfen, wie weit der Inhalt auf seinen spezielle
3、n Fall anwendbar und ob die ihm vorliegende Fassung noch gltig ist. Eine Haftung des DVS und derjenigen, die an der Ausarbeitung beteiligt waren, ist ausgeschlossen.Inhalt:1 Geltungsbereich2 Einleitung3 Typen von Versieglungsstoffen4 Auftragmethoden5 Spritzschichteigenschaften6 Charakterisierungsmet
4、hoden fr Versieglungsstoff und Schicht7 Ergnzende Bemerkung zur Arbeitssicherheit1 GeltungsbereichDieses Merkblatt enthlt Angaben zu potentiellen Dicht- und Ver-sieglungsstoffen, allgemeinen Verarbeitungsmglichkeiten sowieHinweise zur Auswahl und Entwicklung eines funktionsfhigen Versieglungskonzept
5、s fr thermisch gespritzte Schichten. Durchdas Merkblatt wird der Anwender befhigt, entsprechend seines individuellen Anforderungsprofils eine Festlegungen zu allen ver-sieglungsrelevanten Gren zu treffen, deren Eignung mittels dargestellter Prfmethoden sicherzustellen und die gewonnen Ergebnisse zur
6、 praktischen Umsetzung zu nutzen.2 EinleitungVersiegeln bezeichnet die Methode des Aufbringens und Infiltrie-rens porser Oberflchen mit viskosen Substanzen, mit dem Ziel einer vollstndigen Abdichtung des Bauteils gegen das Eindringenuerer Medien. Im Gegensatz zu den Dnn- und Dickschicht-verfahren wi
7、rd bei der Versiegelung kein messbarer Auftrag an-gestrebt. In Fllen des atmosphrischen Korrosionsschutzes mit thermisch gespritzten Zink- oder Aluminiumschutzschichten, ohnenachfolgender mechanischer Bearbeitung, sollte die Nassschicht-dicke so eingestellt werden, dass die Trockenschichtdicke nicht
8、 mehr als 40 m betrgt.Thermisch gespritzte Schichten weisen in der Regel prozessbe-dingt hufig eine offene Porositt auf, die sich bis zum Grund-werkstoff erstreckt. Mit Versieglungen lassen sich anwendungs-spezifisch Vorteile hinsichtlich Standzeit und Funktionalitt reali-sieren. Versieglungen werde
9、n direkt nach dem Spritzprozess, vor dem Abtrag auf Endma vorgenommen. Die Versieglung zhlt zur Gruppe der chemischen Nachbehand-lungsverfahren. Die materialunabhngige Anwendbarkeit und die Abdichtung der Spritzschicht ohne strukturelle nderung bieten entscheidende Vorteile gegenber den thermischen
10、oder mecha-nischen Alternativverfahren (z. B. Verschluss durch Oxidation bzw. Oberflchenverdichtung z. B. durch Kugelstrahlen). Unter den mglichen Nachbehandlungsverfahren findet die Versieg-lung im industriellen Einsatz am hufigsten Anwendung. Typische Beispiele sind der Korrosionsschutz, die elekt
11、rische Isolation, die Erhhung der Schlagfestigkeit sowie Anwendungen mit Wechseldrcken. Das Thema Versieglung beinhaltet eine Vielzahl interdisziplinrer Fragestellungen, da sich die spezifischen Eigenschaften des Ver-sieglungsstoffes, der Spritzschicht und der Auftragtechnik gegen-seitig beeinflusse
12、n, Tabelle 1. Tabelle 1. Einflussparameter beim Versieglungsprozess.Die enge Verknpfung beteiligter Prozessgren fordert eine de-taillierte Vorbetrachtung und Abstimmung der Einflussparameter. Das gilt auch fr die Vertrglichkeit des Versieglungsstoffes mit demSchichtwerkstoff und gegebenenfalls den n
13、achfolgenden organi-schen Beschichtungen, wie z. B. in Fllen des atmosphrischen Korrosionsschutzes.Versieglungen thermischer Spritzschichten finden berall da An-wendung, wo die offenen Fehlstellen im Schichtgefge eine nicht tolerierbare Funktionsbeeintrchtigung mit sich bringen.3 Typen von Versieglu
14、ngsstoffenVersieglungsstoffe sind insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass sie bei der Applikation in viskoser Form vorliegen und in der Regel in weiteren Prozessschritten aushrten bzw. verfestigen. Eine Einteilung empfiehlt sich nach Werkstoffgruppenzugehrig-keit und dem Abbindemechanismus. Bei ko
15、mbinierter Betrachtungsind Aussagen zu den spezifischen Werkstoffeigenschaften und dem Verhalten whrend der Verfestigung mglich. Die Auswahl orientiert sich am Anwendungsfall, der Rahmenbedingungen fr die geforderte thermische, chemische und tribologische Bestn-digkeit der Versieglungsstoffe liefert
16、. Fr den Versieglungspro-zess sind der Benetzungswinkel zum Schichtwerkstoff, die Visko-sitt und das Schwindungsverhalten whrend des Abbindens entscheidend. Geeignete Stoffe finden sich in allen Werkstoffgruppen. Die Ver-sieglungsstoffe knnen in Reinform oder als Gemisch verarbeitet werden (metallis
17、che oder anorganische Fllstoffe in organischen Gebinden). In der Regel wird angestrebt, dass die Versieglungsstoffe nach der Infiltration abbinden. Dadurch entsteht ein Schicht-Versieg-lungs-Verbundwerkstoff mit spezifischen Eigenschaften, die sich insbesondere bei den mechanischen Kennwerten von de
18、n unver-siegelten Schichten unterscheiden knnen (Schlagfestigkeit, Ver-schleiverhalten). Man unterscheidet physikalisch und chemisch abbindende Sys-teme. Dabei bieten insbesondere Polymere die Mglichkeit der ge-zielten Einstellung des Abbindemechanismus. Auf fertigungsbe-dingte Erfordernisse kann da
19、durch sehr variabel reagiert werden.Versieglungsstoff Verarbeitung SpritzschichtBenetzungs-verhaltenViskosittAushrte-mechanismusTopfzeitchemische Bestndigkeitelektrische LeitfhigkeitBestndigkeit gegenhydraulische DrckeTauchen, Sprhen,StreichenNormal-, ber- und UnterdruckStruktur-eigenschaften(Rauhei
20、t, Porositt, Schichtdicke)Material-eigenschaften(Benetzungs-verhalten)Versieglung thermisch gespritzter SchichtenMrz 2015MerkblattDVS 2320B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Seite 2 zu DVS 2320Bei ch
21、emisch abbindenden Systemen erfolgt die Aushrtung durch Initiierung einer chemischen Reaktion. Physikalisch abbin-dende Systeme knnen durch Wechsel des Aggregatzustandes oder Abdampfen des Lsungs- bzw. Dispersionsmittels aushrten.In Tabelle 2 wird fr ausgewhlte Versieglungsstoffgrundtypen veranschau
22、licht, welche Abbindemglichkeiten bestehen. Die spezifischen Parameter fr Temperatur- und Zeitfhrung sind selbstinnerhalb einer Gruppe sehr variabel und somit nicht allgemein-gltig. Es sollten jeweils die Herstellerangaben beachtet werden.Die unterschiedlichen Abbindevarianten weisen Vor- und Nach-t
23、eile auf, die in Tabelle 3 exemplarisch dargestellt werden.Tabelle 2. Auswahl von Versieglungsstoffen und deren Abbindemglichkeiten.Tabelle 3. Vor- (+) und Nachteile () der Abbindemechanismen im Vergleich.Dicht- und VersieglungsstoffphysikalischabbindendchemischabbindendlsemittelhaltigDispersionSchm
24、elze Sol1 K 2 KTemperaturMetallionen (anaerob)Aerob photokatalytisch(UV) Hrterknstliche StoffeAcrylat (PMMA)EpoxidharzFuranharzMelaninharzle (synthetisch)PhenolharzMS-PolymerPolyesterPolyurethanPolyvinylchloridBitumenWachseSilikonnatrliche StoffeleBiopolymereFette / WachseTeereanorganische StoffeOxi
25、dePhosphateSilikatemetallischReinmetalleLegierungenphysikalisch abbindend chemisch abbindend+ Viskositt leicht einstellbar gesundheitliche Aspekte lsemittelhaltiger Systeme hohe Schwindung Schmelzen erfordern meist hohe Temperatur+ geringe Schwindung+ lsemittelfrei+ definierte Eigenschaften bei alle
26、n Verarbeitungsvarianten+ Abbinden kann auf verschiedene Art und Weise initiiert werden teilweise gesundheitsbedenkliche StoffeB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Seite 3 zu DVS 23204 Auftragmethoden
27、Die Applikation des Versieglungsstoffes auf die porse Schicht-oberflche erfolgt durch Tauchen, Sprhen oder Streichen mit Pinsel, Schwamm oder Rakel. Beim Tauchen und Sprhen wird ein direkter Kontakt zwischen Spritzschicht und Versieglungsstoff hergestellt, whrend beim Streichen ein Hilfsmittel die S
28、pritzschicht kontaktiert. Probleme beim Streichen knnen sich aus der ungleichmigen Verteilung des Versieglungsstoffes oder durch die kapillare Wirkung des Auftraghilfskrpers ergeben, der die Spritzschicht kontaktiert.Es ist darauf zu achten, dass die in den Poren enthaltene Luft nach oben entweichen
29、 kann. Sollte dies geometriebedingt nicht mglich sein, ist eine partielle berprfung der geforderten Funk-tionalitt empfehlenswert.In Abhngigkeit von der geforderten Infiltrationstiefe ist eine Varia-tion der spezifischen Versieglungsstoffeigenschaften sowie des Druckniveaus mglich. Versieglungsstoff
30、e mit schlechtem Benet-zungsverhalten und hoher Viskositt werden hufig mit ber-druck verarbeitet (Metallschmelzen). Um eine tiefe Infiltration zu erreichen, wird das Vakuumversiegeln verwendet. Um ein Ent-weichen der in den Poren vorhandenen Luft zu gewhrleisten, ist auf eine hinreichend lange Abbin
31、dezeit zu achten.Gewisse Vorteile kann die Applikation des Versieglungsstoffes aufdie noch warme Spritzschicht bringen. Whrend der Abkhlung zieht sich die Luft in den Poren zusammen, was zu einer hheren Infiltrationstiefe fhrt. In Abhngigkeit vom Abbindemechanismus ist die Eignung zu berprfen. Eine
32、typische Abfolge von Arbeitsschritten wird nachfolgend dar-gestellt:1. Die Reinigung der Oberflche von Staub erfolgt durch lfreie Pressluft.2. Oberflchenverschmutzungen wie Fettrckstnde sollten durchein geeignetes Lsemittel entfernt werden.3. Die Restfeuchtigkeit sollte durch Erwrmen entfernt werden
33、.4. Eine Vorbereitung des Versieglungsstoffes nach den Hersteller-vorgaben ist bei Bedarf vorzunehmen.5. Dabei ist ein geeigneter Personenschutz zu gewhrleisten (z. B. Belftung, Kontaktschutz, Atemschutz)6. Der Auftrag des Versieglungsstoffes soll bis zur vollstndigen Benetzung der Oberflche durchge
34、fhrt werden.7. Eine Einwirkzeit ist gem Herstellerangaben sicherzustellen, bevor die Deckfilmlage mechanisch entfernt werden kann.8. Die Aushrtung des Versieglungsstoffes erfolgt entsprechend den Herstellerangaben.9. Optional ist eine weitere Versieglung nach der mechanischen Oberflchenbearbeitung m
35、glich.5 SpritzschichteigenschaftenDie zentrale Forderung an Versieglungen ist die vollstndige Ab-dichtung der Spritzschicht. Die Wirksamkeit / Anwendbarkeit hngt mageblich vom Charakterder Porositt und der Schichtdicke ab. Hierbei ist insbesondere auf die Viskositt und den Kontaktwinkel zu achten. S
36、pezielle An-forderungen hinsichtlich Infiltrationstiefe und Art des Versieglungs-stoffes ergeben sich aus den jeweiligen Anwendungen.Eine Auswahl mglicher Anwendungen sowie Kriterien fr die Versieglungsstoffauswahl sind in Tabelle 4 zusammengefasst.Tabelle 4. Forderungen und Kriterien bei der Auswah
37、l von Versieglungsstoffen.Die Spritzschichteigenschaften werden durch das Einbringen des Versieglungsstoffes nachhaltig beeinflusst. Daher sollten alle funktionsrelevanten Eigenschaften der Spritzschicht fr das je-weils getroffene Versieglungskonzept zustzlich geprft werden. Neben der eigentlichen S
38、chutzfunktion treten dabei auch unge-wollte Beeinflussungen von Schichteigenschaften auf. So kann sich beispielweise die Verschleibestndigkeit metallischer Spritzschichten durch polymere Versieglungen verschlechtern. Daher ist eine Ermittlung anwendungsrelevanter Eigenschaften nach der Versieglung s
39、innvoll. 6 Charakterisierungsmethoden fr Versieglungsstoff und SchichtQualittssicherungskonzepte sind fr dauerhaft funktionelle Ver-sieglungen ein entscheidender Baustein. Prozessschwankungen knnen sich auf das Versieglungsergebnis nachhaltig auswirken. Eine sinnvolle Ergnzung zu festen Arbeitsricht
40、linien ist die Unter-suchung und Festlegung von funktionstragenden Eigenschafts-gren, die sich in definierten Abstnden nachprfen lassen.Dies ist bei den Eigenschaften des Versieglers, der unversiegel-ten Spritzschicht sowie der versiegelten Spritzschicht mglich. Tabelle 5 liefert hierzu eine Auswahl
41、 mglicher charakteristischer Gren mit ausgewhlten Prfmethoden.Forderungen an FunktionalittKriterien fr die Stoffauswahlund FormulierungDichtheit (auch gegen hydraulische Drcke)elektrischer SchutzTemperaturbestndigkeitChemikalienbestndigkeitOberflchenfunktionalisierung haptische Eigenschaften optisch
42、e Eigenschaften Antihafteigenschaften Reibeigenschaften hydrophile und hydrophobeEigenschaftenBestndigkeitSchwindungViskosittAbbindemechanismusGesundheitsschutzaspekteReproduzierbarkeitLagerfhigkeitB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST Beuth
43、StandardsCollection - Stand 2016-11Seite 4 zu DVS 2320Tabelle 5. Ausgewhlte Eigenschaften von Versieglungsstoffen und versiegelten Schichten sowie geeignete Messmethoden.In den Bildern 1 bis 4 werden die Ergebnisse metallografischer Untersuchungen verschiedener versiegelter Schichtsysteme vor-gestel
44、lt. Dabei wurde der entsprechende Bereich sowohl im Hell-feld als auch unter UV-Kontrast aufgenommen. In Bild 1 ist deut-lich zu erkennen, dass eine groe Pore vollstndig versiegelt wurde, whrend eine danebenliegende keinen Versieglungsstoff enthlt.In Bild 2 ist erst im UV-Kontrast zu erkennen, dass
45、der Versieg-lungsstoff bis zum Substrat-Interface vorgedrungen ist. Bild 3 zeigt eine oberflchennahe Versieglung einer lichtbogen-gespritzten Schicht, die im Gegensatz zu Bild 4 keine Deck-schichtbildung aufweist.In Bild 5 sind am Rand der unversiegelten Poren deutliche Aufla-dungseffekte im Sekundr
46、elektronenkontrast zu erkennen. Dadurchlsst sich die Versieglungstiefe gut bestimmen.a) Hellfeldaufnahme b) UV-Licht-AufnahmeBild 1. Darstellung einer versiegelten APS-Schicht (Al2O3/TiO2) mittels konventioneller Lichtmikroskopie und UV-Mikroskopie.Eigenschaft Verfahren BemerkungVersieglungsstoffVis
47、kositt ViskosimeterDichte, Schwindung PyknometerBenetzungsverhalten KontaktwinkelmessgertKapillaritt GlaskapillareSchichteigenschaftenDichtigkeitFarbeindringprfung DIN EN ISO 3452-1Salzsprhnebeltest DIN EN ISO 9227Stromdichte-PotentialmessungElektrische Isolation zwischen Substrat und Elektrolyt not
48、wendig (siehe Bild 6).InfiltrationstiefeUV-MikroskopieFluoreszierende Versieglungsstoffe lassen sich tiefenabhngig bestimmen. (Zur Prparation DVS 2310 Teil 1 bis 3 beachten.)Nur bedingt fr glasartige Beschichtungen geeignet (Al2O3) (siehe Bild 1b).REMAufladungseffekte am Rand von Poren bei fehlender
49、 Versieglung (siehe Bild 5).Verschleibestndigkeit tribologische PrfstndeASTM G65 Dry Sand/Rubber WheelASTM G75 Miller-Testelektrische Isolation elektrische Durchschlagfestigkeit DIN EN 60243-1B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Seite 5 zu DVS 2320a) Hellfeldaufnahme b)
