Hochgeschwindigkeitsflammspritzanlage der Fa. Thermico

Mit der Thermico C-CJS HVOF-Anlage (Computerized - Carbice Jet System) verfügt der Lehrstuhl für Werkstofftechnologie über ein hochmodernes, industrielles Beschichtungssystem zum Hochgeschwindigkeitsflammspritzen (High Velocity Oxygen Fuel) welches insbesondere für den Einsatz von feinen Pulverfraktionen (Submikron oder Nanopulvern) optimiert wurde. Besonderheiten dieses Systems liegen hier vor allem in der Möglichkeit deutliche geringere thermische Energie bei gleichzeitiger höherer Prozessgas- und Partikelgeschwindigkeiten über 1000 m/s) zu applizieren. Dadurch kann die Gefahr von Überhitzungen feiner Partikel deutlich gesenkt werden und gleichzeitig ihre geringere kinetische Energie infolge der geringeren spezifischen Masse innerhalb des HVOF Prozesses durch signifikant höhere Partikelgeschwindigkeiten kompensiert bzw. weiter erhöht werden. Auf diese Weise lassen sich beim Einsatz feiner Pulver hervorragende Schichteigenschaften erzielen. Das System eignet sich aber ebenso auch für die Verarbeitung von „gröberen“ Standardpulvern (> 15 µm). Die HVOF-Prozesssteuerung und Prozessdatenerfassung (inklusive Pulverförderung) erfolgt zentral und vollständig computergesteuert über den offline programmierbaren Beschichtungscenter. Hierzu stehen eine moderne SPS-Technologie, eine übersichtliche PC-Visualisierung sowie eine speziell entwickelte Dialogsoftware von Thermico „Thermal Spray Pro“ zur Verfügung. Das HVOF-Anlagensystem besteht aus dem CPF2-Twin Pulverförderer sowie den folgenden HVOF Brennern:

• CJS- Brennergrundeinheit mit bis zu vierfacher, radialer Pulvereindüsung
• K4.2 Düsenkonfiguration (Brennkammer & Wassermantel)
• K5.2 Düsenkonfiguration (Brennkammer & Wassermantel)
• IDCoolFlow HP
• ID CoolFlow Mono HP

Unter Einsatz dieser Anlagentechnologie lassen sich sowohl regelgeometrische Flächen (mittels CJS Brenner) als auch radialsymmetrische Innenteile bis zu einem Innendurchmesser von 79 mm (unter Einsatz von ID CoolFlow oder IDCoolFlow Mono) wirtschaftlich und effizient beschichten.

Der CJS von Thermico ist ein flexibler HVOF-Brenner, der die Möglichkeit einer bis zur vierfachen radialen Pulvereindüsung bietet. Auf diese Weise können sehr hohe Auftragswirkungsgrade und hohe Wirtschaftlichkeit sogar bei Einsatz feiner Pulverfraktionen erzielt werden. Er arbeitet mit wechselbaren Konfigurationen aus Brennkammer (K4.2 und K5.2) und Beschleunigerdüsen (100 mm, 140 mm und 200 mm) um so eine bestmögliche Anpassung des thermischen Spritzprozess an neuartige sensible Werkstoffe mit Korngrößen im Submirkon- oder Nanobereich vornehmen zu können. Der Brenner arbeitet mit einer wasserstoffstabilisierten Kerosin-/Sauerstoff-HVOF-Flamme. Der Wasserstoff wird mit Sauerstoffüberschuss in einer kurzen Unterschall-Hochdruckbrennkammer  verbrannt.  Der  eingedüste Flüssigbrennstoff  Kerosin (Petrolium Exxon D60 oder Jet A-1 Flugtreibstoff) wird aufgrund der trägeren Reaktionskinetik erst im nachfolgenden Überschallbereich der Beschleunigungsdüse (K4.2) sowie in Brennkammer und Beschleunigungsdüse (K5.2) verbrannt. Die zweistufige Verbrennung ermöglicht es, wichtige Größen des thermischen Spritzprozesses, die Partikeltemperatur und die Partikelgeschwindigkeit in weiten Bereichen fast unabhängig voneinander zu steuern. Dank der neuartigen K4.2 und K5.2 Brennkammer- und Düsentechnologie können sehr hohe Brennkammerdrücke bis 25 bar realisiert werden, die über eine einfache Energiewandlung (K4.2) bzw. einer zweistufige Energiewandlung (K5.2) in eine pulsationsarme Überschall-Prozessgasströmung mit sehr hoher Prozessgas-Strömungsgeschwindigkeiten > 1000 m/s überführt werden. Gleichzeitig kann die thermische Prozessgasenergie bzw. die Flammtemperaturen deutlich gesenkt, wodurch Überhitzungen feiner Partikel die zu Kohlenstoffabbrand im Falle karbidhaltiger MMC-Werkstoffe, Oxidationen in der metallischen Matrix oder Sprödphasenbildung führen, deutlich minimiert werden. Somit kann ein hoher Hartstoffgehalt in den Schichtsystemen mit korrespondierend hoher Verschleißbeständigkeit gewährleistet werden. Die Spritpulverpartikel werden radial in den „kälteren“ Überschallbereich der HVOF Flamme, kurz vor der Beschleunigungsdüse in den injiziert. In diesem Teil sind die Verbrennungsreaktionen der Flamme weitestgehend abgeschlossen. Die langen Beschleunigungsdüsen sorgen für eine gleichmäßige Wärme- und Impulsübertragung der Prozessgasströmung auf die Pulverpartikel.