Augenmaß ist gut, Kontrolle ist besser

Die Partikelgeschwindigkeit und -temperatur sind beim Thermischen Spritzen der Schlüssel zu hochwertigen Beschichtungen. Fehlerhafte Parameter können zu porösen Schichten oder mechanischen Spannungen führen. Präzise Messtechnologien tragen entscheidend dazu bei, Ausschuss zu minimieren und die Qualität zu verbessern.

Thermisches Spritzen und Kaltgasspritzen gehören zu den wichtigsten Technologien für die Herstellung hochwertiger Oberflächenbeschichtungen in vielen Industriezweigen, darunter Luft- und Raumfahrt, Automobilbau und Halbleiterherstellung. Diese Verfahren ermöglichen es, schützende oder funktionelle Schichten auf Bauteile aufzutragen, um Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit oder andere Materialeigenschaften zu verbessern.

Für den Erfolg dieser Prozesse bringt es große Vorteile, die Partikelgeschwindigkeit und Partikeltemperatur vor Beginn des Spritzvorgangs bestimmen und optimieren zu können. Dadurch können die Beschichtungsprozesse mit exakt reproduzierbaren Parametern ausgeführt werden. Ein erfahrener Mitarbeiter sollte grundsätzlich zwar durchaus in der Lage sein, auch ohne zusätzliches Messequipment für verbreitete Anwendungen eine hinreichende Prozessstabilität zu erreichen.

Doch wenn an die Schichteigenschaften besonders hohe Anforderungen gestellt werden oder die Folgen eines Versagens besonders schwerwiegend wären, kann sich eine präzisere Prozesskontrolle und Dokumentation lohnen.

Großer Einfluss von Geschwindigkeit und Temperatur

Die Geschwindigkeit und Temperatur der Partikel, die als Sprühstrahl auf die Oberfläche treffen, haben direkten Einfluss auf die späteren Eigenschaften der Beschichtung. Sind die Partikel zu langsam, prallen sie entweder ab oder haften nur unzureichend auf der Oberfläche, was zu einer porösen, inhomogenen Schicht führt.

Solche Schichten sind weniger belastbar und neigen dazu, sich unter mechanischen oder thermischen Beanspruchungen zu lösen. Zu schnelle Partikel hingegen können zu hohen mechanischen Spannungen führen, da sie mit zu viel kinetischer Energie auf die Oberfläche treffen und dadurch der für eine ordnungsgemäße Schichtbildung notwendige plastische Verformungsprozess nicht in ausreichendem Maße stattfindet.

Die Partikeltemperatur ist ebenfalls ein entscheidender Faktor. Wenn die Partikel zu kalt sind, fehlt ihnen die notwendige thermische Energie, um sich beim Auftreffen auf das Substrat ausreichend zu verformen. Dadurch entstehen poröse Schichten mit geringer Haftfestigkeit. Auf der anderen Seite führt eine zu hohe Temperatur dazu, dass die Partikel zu stark schmelzen oder gar verdampfen, was zu einer inhomogenen und auch innerlich zu stark oxidierten Schicht führen kann.

Dies beeinträchtigt nicht nur die physikalischen und chemischen Eigenschaften der Beschichtung, sondern kann auch die Lebensdauer des Bauteils verkürzen. Für die Herstellung besonders zuverlässiger und langlebiger Schichtsysteme kommt einer verbesserten Prozesskontrolle daher eine entscheidende Bedeutung zu. Diese ermöglicht eine gleichbleibend hohe Qualität der Beschichtungen, was insbesondere in sicherheitskritischen Anwendungen wie in der Luftfahrt von enormer Bedeutung ist.

So kann der Sprühstrahl vermessen werden

Das finnische Unternehmen Oseir hat eine wegweisende Messtechnologie entwickelt. Das Unternehmen wurde von einer Gruppe von Forschern und Professoren der Technischen Universität Tampere gegründet, nachdem sie bei der Präsentation einer Masterarbeit zur Partikelanalyse auf positives Feedback gestoßen waren. Die Firma hat sich auf die Entwicklung und Vermarktung von Messsystemen spezialisiert, die auf die Bedürfnisse von Industrie und Forschung zugeschnitten sind und bietet Messlösungen für das thermische Spritzen und das Kaltgasspritzen an.

Das sogenannte SprayWatch-System ermöglicht die Echtzeit-Überwachung von Partikelgeschwindigkeit und -temperatur über den gesamten Sprühbereich. Ein besonders bemerkenswerter Anwendungsfall ist das Kaltgasspritzen, bei dem die Kontrolle der Partikelgeschwindigkeit eine besonders wichtige Rolle spielt.

Auch hier gibt es von Oseir mit HiWatch eine Messtechnologie, die eine präzise Messung und Optimierung der Prozesse erlaubt. Durch die Integration dieser Messtechnologie in industrielle SCADA-Systeme können Unternehmen die Qualitätssicherung ihrer Prozesse auf ein neues Niveau heben und sogar geschlossene Regelkreise zur automatischen Prozesssteuerung implementieren.

Vorteile und Anwendungsfelder

Die SprayWatch-Technologie ermöglicht eine genauere Kontrolle der Partikelbewegung und -energie und kann verhindern, dass Fehler bei der Parametereinstellung, am Spritzgerät, sowie der Pulver- oder Gasversorgung unentdeckt bleiben. Wird vor jedem Beschichtungsprozess der Sprühstrahl überprüft, sinkt die Wahrscheinlichkeit von Fehlbeschichtungen extrem.

Je aufwendiger die anschließende Entschichtung oder je teurer das Bauteil, desto relevanter ist dieser Aspekt. Auch eine schleichende Veränderung des Sprühprozesses oder Unregelmäßigkeiten sowie der Verschleiß an den Komponenten des Sprühsystems lässt sich so aufdecken, bevor es zu Qualitätsproblemen kommt. Dies spart Zeit und Kosten und erhöht die Effizienz des gesamten Herstellungsprozesses.

Inzwischen sind hunderte Messsysteme von Oseir im Einsatz, bei Unternehmen wie ES3 PLG, Plasma Technology Inc. und Titomic, die SprayWatch-Systeme erfolgreich in ihre Produktionsprozesse integriert haben und von erheblichen Verbesserungen in der Effizienz und Qualitätssicherung berichten.

Inline-Kontrolle für das Kaltgasspritzen

Oseir hat mit HiWatch CS-Q, das weltweit erste Diagnosegerät entwickelt, das in der Lage ist, eine kontinuierliche Inline-Sprühstrahlanalyse während des Beschichtungsprozesses durchzuführen. Diese Fähigkeit wird sowohl der Forschung als auch der Industrie vielfältige Möglichkeiten zur Verbesserung von Qualität und Produktivität bieten. Die ersten Einheiten wurden bereits als Vorbestellungen verkauft und sollen bis Ende dieses Jahres ausgeliefert werden.

Insgesamt trägt die von Oseir entwickelte Messtechnologie maßgeblich dazu bei, den Spritzprozess zu verbessern, Ausschuss zu reduzieren und hochqualitative Beschichtungen zu ermöglichen. Die kontinuierliche Weiterentwicklung der Produkte und ihre Anpassung an die Anforderungen verschiedener Industrien machen sie zu einem unverzichtbaren Werkzeug in der modernen Fertigung.

Oseir Ltd
www.oseir.com