Simulationsunterstützte Prozessentwicklung für die Applikation von MCrAlY-Beschichtungen mittels des AC-HVAF-Prozesses

• Antragstellerin: Professorin Dr.-Ing. Kirsten Bobzin
• Fachliche Zuordnung: Beschichtungs- und Oberflächentechnik ; Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 437084607

Das hier vorgestellte Forschungsvorhaben ist eine Fortsetzung des gleichnamigen Vorgängerprojekts. Das übergeordnete Ziel ist die Entwicklung eines Simulationsmodells zur Modellierung des Activated-Combustion-High-Velocity-Air-Fuel-Verfahrens (AC-HVAF) anhand des Beispiels der Applikation von MCrAlY-Beschichtungen. Im Vorgängerprojekt wurde ein vollständiges dreidimensionales Simulationsmodell des AC-HVAF-Brenners erfolgreich entwickelt, das sowohl die Verteilung der Druckluft im gesamten System als auch die Integration der Mischkammer berücksichtigt. Durch einen Vergleich der simulierten mit gemessenen Partikelgeschwindigkeit des Messsystems SprayWatch 4S wurde das Modell validiert. Anhand des Simulationsmodells konnten Korrelationen zwischen den Prozessparametern und den Partikelflugeigenschaften ermittelt werden. Dadurch konnte ein geeignetes Prozessparameterfenster für die Herstellung von poren- und oxidarmen MCrAlY-Beschichtungen identifiziert werden. Mit diesen Parametern wurden mit der groben Pulverfraktion CoNiCrAlY-Beschichtungen mit sehr geringer Porosität hergestellt. Aufgrund eines hohen Anteils an feinem Pulver in der groben Pulverfraktion, -63 +11µm, sind jedoch noch Oxidlamellen in den Beschichtungen erkennbar. Die Beschichtungen wurden mit kommerziell verfügbaren Pulvern hergestellt, die speziell für das Plasmaspritzen und das High-Velocity-Oxygen-Fuel-Verfahren entwickelt sind. In der vorangegangenen Arbeit hat sich gezeigt, dass die Partikelgröße einen erheblichen Einfluss auf den Oxidgehalt in der Beschichtung hat. Allerdings sind bisher keine MCrAlY-Pulver mit speziell für das HVAF-Verfahren ausgelegten Partikelgrößenverteilung erhältlich. In der Fortsetzung des Projektes soll mithilfe des Simulationsmodells die Oberflächentemperatur der Pulverpartikel vorhergesagt werden. Durch die Diskretisierung der Pulverpartikel in der Simulation kann der Temperaturgradient von der Oberfläche bis zum Kern bestimmt werden. Dies ermöglicht es, die Oxidation der Partikeloberfläche während des Beschichtungsprozesses zu bestimmen. Damit sollen zum einen Prozessparameter mit möglichst geringem Oxidationsgrad vorhergesagt werden. Zum anderen soll das Modell in der Lage sein, prozessseitig günstige Bereiche der Partikelgrößenverteilungen für das HVAF-Verfahren vorherzusagen. Diese sollen anschließend experimentell untersucht werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen