Plasmaspritzenist ein hochentwickelter Beschichtungsprozess, der ein Lichtbogenplasma als Wärmequelle nutzt, um Materialien zu schmelzen und auf einem Substrat abzuscheiden. Dieses Verfahren wird in verschiedenen Industriezweigen häufig eingesetzt, um die Oberflächeneigenschaften von Materialien zu verbessern, beispielsweise um die Korrosionsbeständigkeit, Hitzebeständigkeit, Verschleißfestigkeit und elektrische Isolierung zu verbessern. Hier finden Sie einen detaillierten Einblick in die Durchführung des Plasmaspritzens.
Das Plasmaspritzen basiert auf dem Prinzip der Lichtbogenplasmaerzeugung. Zwischen zwei Elektroden, die typischerweise aus nicht verbrauchbaren Materialien bestehen, entsteht ein Lichtbogen, der als Wärmequelle dient. Durch den Lichtbogen wird ein Gasstrom wie Argon, Stickstoff oder Wasserstoff geleitet. Dieses Gas wird ionisiert und auf extrem hohe Temperaturen von 10.000 bis 20.000 °C erhitzt, wodurch der Plasmastrahl entsteht. Der Plasmastrahl tritt durch eine Düse aus und wird auf das Substrat gerichtet, auf dem die Beschichtung aufgebracht werden soll.
Mithilfe einer Hochspannungsquelle wird zwischen den Elektroden ein Lichtbogen erzeugt.
Der Lichtbogen wird durch einen stabilen Stromfluss aufrechterhalten, typischerweise im Bereich von mehreren zehn bis hundert Ampere.
Dem Plasmabrenner wird ein inertes oder reaktives Gas zugeführt.
Das Gas wird durch den Lichtbogen erhitzt und ionisiert, wodurch ein Hochtemperatur-Plasmastrahl entsteht.
Der Plasmabrenner ist die zentrale Komponente der Plasmaspritzanlage.
Es beherbergt die Elektroden und die Düse, durch die der Plasmastrahl austritt.
Das Ausgangsmaterial, das in Form von Pulver, Draht oder Stab vorliegen kann, wird in den Plasmastrahl eingebracht.
Das Material wird durch das Plasma erhitzt und geschmolzen, und die geschmolzenen Tröpfchen werden in Richtung des Substrats beschleunigt.
Der Untergrund wird gereinigt und vorbereitet, um eine gute Haftung der Beschichtung zu gewährleisten.
Es kann vorgewärmt werden, um den Temperaturschock während des Beschichtungsprozesses zu reduzieren.
Schritte im Plasmaspritzprozess
Das Substrat wird auf eine Temperatur nahe dem Schmelzpunkt des Ausgangsmaterials vorgewärmt.
Dies trägt dazu bei, thermische Spannungen zu reduzieren und die Verbindung zwischen der Beschichtung und dem Substrat zu verbessern.
Das Ausgangsmaterial wird entweder durch eine Pulverzufuhr oder durch Schmelzen eines Drahts oder Stabs in den Plasmastrahl eingebracht.
Durch das Hochtemperaturplasma wird das Material augenblicklich erhitzt und geschmolzen.
Die geschmolzenen Tröpfchen werden durch den Plasmastrahl in Richtung des Substrats beschleunigt.
Wenn die Tröpfchen auf das Substrat treffen, breiten sie sich aus und werden flacher, wodurch eine Schicht der Beschichtung entsteht.
Der Vorgang wird wiederholt, wobei mehrere Schichten aufgetragen werden, um die gewünschte Schichtdicke zu erreichen.
Sobald die gewünschte Schichtdicke erreicht ist, wird der Plasmabrenner abgeschaltet.
Das beschichtete Substrat lässt man langsam abkühlen, um Risse und innere Spannungen zu vermeiden.
Gasart und Durchflussrate: Die Art und Durchflussrate des Gases beeinflussen die Plasmatemperatur und die Strahlgeschwindigkeit.
Stromversorgung und Lichtbogenstrom: Der Lichtbogenstrom steuert die Plasmatemperatur und die Geschwindigkeit des Materialschmelzens.
Eigenschaften des Ausgangsmaterials: Die chemische Zusammensetzung, die Partikelgröße und der Schmelzpunkt des Ausgangsmaterials beeinflussen die Beschichtungseigenschaften.
Sprühabstand und Düsendesign: Der Abstand zwischen der Düse und dem Substrat sowie das Design der Düse beeinflussen die Gleichmäßigkeit der Beschichtung und die Abscheidungsrate.
Plasmaspritzen wird in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, darunter:
Korrosions- und Verschleißfestigkeit: Beschichtungen wie Keramik und Metalloxide werden aufgetragen, um Oberflächen vor Korrosion und Verschleiß zu schützen.
Wärmedämmschichten: Beschichtungen wie Zirkonoxid werden in der Luft- und Raumfahrt- und Automobilindustrie zur Wärmedämmung eingesetzt.
Elektrische Isolierung: Beschichtungen wie Aluminiumoxid werden auf elektrische Komponenten aufgetragen, um deren Isolationseigenschaften zu verbessern.
Biomedizinische Beschichtungen: Beschichtungen wie Hydroxylapatit werden in Implantaten verwendet, um deren Biokompatibilität zu verbessern.
Plasmaspritzenist ein vielseitiger und leistungsstarker Beschichtungsprozess, der Hochtemperaturplasma nutzt, um Materialien zu schmelzen und auf einem Substrat abzuscheiden. Durch sorgfältige Steuerung der Prozessparameter wie Gasart, Lichtbogenstrom, Ausgangsmaterial und Sprühabstand kann eine breite Palette von Beschichtungen mit unterschiedlichen Eigenschaften hergestellt werden. Diese Technologie ist in vielen Branchen unverzichtbar, um die Leistung und Haltbarkeit von Komponenten und Produkten zu verbessern.
