Kaltgasspritzen

Diese Arbeit befasst sich mit dem Kaltgasspritzen. Das Prinzip des Verfahrens besteht darin, dass der pulverförmige Spritzwerkstoff in einem Überschallgasstrahl auf Geschwindigkeiten zwischen 200 und 1.200 m/s beschleunigt wird und dann beim Aufprall auf dem Substrat eine dichte und fest haftende Schicht bildet. Die Haftung beruht auf plastischer Verformung und der daraus resultierenden Wärmeentwicklung an der Grenzfläche der Partikel. Um eine Haftung zu erzielen, müssen die Partikel eine materialspezifische kritische Geschwindigkeit überschreiten.

Ein besonderer Schwerpunkt dieser Arbeit ist die Analyse des Partikelaufpralls und dessen Auswirkung auf die Eigenschaften der Schicht. Dazu war eine gebietsübergreifende Betrachtung des Spritzprozesses unter strömungsmechanischen, aufpralldynamischen und materialwissenschaftlichen Gesichtspunkten notwendig. Die in dieser Form hier erstmals durchgeführte systematische Betrachtung des Zusammenwirkens von Materialeigenschaften mit Geschwindigkeit und Temperatur der aufprallenden Partikel lässt die Eingrenzung eines Feldes von Aufprallbedingungen (Spritzfenster) zu, in dem eine Haftung der Partikel erzielt wird. Die im Spritzprozess generierten Aufprallbedingungen werden für die gewählten Prozessbedingungen strömungsmechanisch berechnet. Die Lage der Aufprallbedingungen innerhalb des Spritzfensters lässt dann Aussagen zur Schichtqualität und zur Effizienz der gewählten Prozessbedingungen zu und macht damit den Prozess einschätzbar.