Modellierung thermisch-physikalischer Vorgänge beim Thermischen Spritzen

Autor: Jens Prehm

ISBN: 978-3-944586-92-2

Dissertation, Leibniz Universität Hannover, 2014

Herausgeber der Reihe: Hans Jürgen Maier

Band-Nr.: IW 06/2014

Umfang: 164 Seiten, 111 Abbildungen

Schlagworte: Schichtsimulation, numerische Strömungsmechanik, Lichtbogenspritzen, Plasmaspritzen

Kurzfassung: Die Qualität thermisch gespritzter Schichten ist abhängig von diversen Faktoren wie Haftung, Porosität, Eigenspannungen und Mikrorissen. Maßgebend für diese Schichteigenschaften sind letztlich die Eigenschaften der Spritzpartikel unmittelbar vor dem Aufprall auf das Substrat. Hierzu zählen vor allem die Partikelgeschwindigkeit, die Temperatur und das Aufschmelzverhalten sowie die Partikelgröße. Durch Beeinflussung dieser Faktoren können 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 Partikelgeschwindigkeit vor dem Aufprall auf das Substrat durch ein gezieltes Design einer Düse mittels numerischer Simulation deutlich erhöht 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.