Thermisch Spuiten
Thermisch spuiten is een techniek waarbij een metaal, een metaallegering of metaalverbinding in draad- of poedervorm door middel van een thermisch spuitpistool wordt gesmolten en verstoven op een oppervlak ter verkrijging van een deklaag met verbeterde eigenschappen voor de functie van het onderdeel.
Thermisch spuiten is, met slechts één uitzondering, een koud proces. Dat wil zeggen dat ongeacht de warmtebron van het pistool waarin het metaal gesmolten en verstoven wordt, het werkstuk slechts een geringe temperatuurverhoging krijgt door de warmteoverdracht van de gesmolten druppels bij het neerkomen. Bij de gebruikelijke spuittemperatuur van 50° tot 200° C kan geen vervorming, structuurverandering of opmenging plaatsvinden.
De structuur van een koud gespoten laag is lamellair, enigszins gelijkend op een gietijzerstructuur. Van sommige gespoten metaallagen zijn microporiën en oxide-insluitingen mede de oorzaak van een laag wrijvingscoëfficiënt en een hoge hardheid. Ook nemen microporeuze spuitlagen zeer goed een smeermiddel op en voorkomen daardoor slijtage door metaal op metaalcontact.
Thermisch gespoten coatings worden ingezet:
-
Verbetering van materiaalprestaties ter verlenging van de levensduur van componenten
-
Realisatie van specifieke oppervlakte-eigenschappen zoals slijtage- en/of corrosiebestendigheid, elektrische eigenschappen, thermische eigenschappen, cosmetische aspecten, enzovoort.
-
Combinatie van verschillende materiaaleigenschappen in één component
-
Reparatie/revisie van versleten of nieuwe componenten
-
Kostenbesparing (keuze van materialen/eigenschappen)
Kenmerken van het thermisch spuitproces
Met de verschillende thermisch spuitprocessen kan er worden balanceert tussen Thermische energie (warmte) en Kinetische energie (snelheid) om een optimale spuitcondities voor een specifiek spuitmateriaal te kunnen creëren om een optimale deklaag te kunnen produceren. Het te coaten oppervlak dient vooraf geprepareerd en geactiveerd te worden om een oppervlakte topografie en activiteit te hebben om een optimale hechting te kunnen verkrijgen. Een deklaag wordt opgebouwd uit meerdere dunne laagjes om tot de uiteindelijke gewenste laagdikte te komen. Door de atmosferische invloeden zal de samenstelling en materiaaleigenschappen van het coating materiaal kan veranderen en afwijken van het bulkmateriaal. Tijdens het aanbrengen van de coating zal het substraat blijft relatief “KOUD". Tijdens het ontwerpproces van een onderdeel moet rekening worden gehouden met de coating om de gewenste presentaties te kunnen garanderen.
Porositeit: Afhankelijk van de deeltjessnelheid, temperatuur en materiaal
Oxides: Afhankelijk van de deeltjestemperatuur, materiaal, omgeving en verblijftijd in de vlam
Spanningen: Afhankelijk van de deeltjestemperatuur, snelheid en de opbouwsnelheid van de laag
Hechtsterkte: Afhankelijk van de deeltjessnelheid, temperatuur en materiaal. Beperkt tot ± 100 N/mm² (of MPa)
Efficiëntie: Ongeveer 30% - 90%, afhankelijk van het spuitproces en het materiaal
Het thermisch spuitproces verloop
Voorbehandelingen (oppervlakteactivatie)
Voorbereiding van het oppervlak om een optimale hechting van de coating te bereiken
-
Ondermaatsbewerken (al dan niet met een inkamering)
-
Reinigen/Ontvetten
-
Gritstralen
-
Maskeren
-
Voorverwarmen
Het aanbrengen van de coating
Nabehandelingen
Afwerking om de vereiste tribologische eigenschappen, ruwheid, uiterlijk, …. te bereiken
-
Warmtebehandeling, insmelten, verdichting
-
Sealen/Imprengneren
-
Machinale bewerking (Draaien, slijpen, polijsten, kogelstralen, ….)
Vereisten voor het te coaten product:
-
Basismaterialen moeten bepaalde mechanische sterkte vertonen
-
Voorbehandeling (bewerking, stralen, enz.) moet mogelijk zijn
-
Reiniging (ontvetten, verwijderen van oxiden) moet mogelijk zijn
-
Basismateriaal moet temperatuurveranderingen kunnen weerstaan
Veelgebruikte basismaterialen
-
Laag gelegerde staal soorten
-
Staal legeringen (met hoog Cr-gehalte, roestvrij staal, austenitisch, enz.)
-
Ni-basis legeringen (Inconel, Hastalloy, Waspalloy, enz.)
-
Aluminium en titanium legeringen
Speciale toepassingen en beperkt te coatingen materialen mindels het thermisch spuitproces:
-
Kunststoffen en vezels versterkte kunststoffen
-
Magnesium
-
papier
-
Hout
-
Beton