Was ist Kaltgasspritzen?
Kaltgasspritzen ist eine relativ neue Technologie, die zu den thermischen Spritztechnologien gehört. Es handelt sich jedoch um ein Festkörperverfahren, bei dem die Pulverpartikel auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt werden und beim Aufprall auf das zu beschichtende Substrat aufprallen.
Dank des geringen Wärmeeintrags in das Substrat eignet sich das Kaltgasspritzen für temperatur- oder oxidationsempfindliche Materialien. Auch Phasenwechsel und Kornwachstum des Substrats treten nicht auf. Dies ist äußerst vorteilhaft, wenn das gespritzte Objekt einer Wärmebehandlung unterzogen wurde, um die Härte, Festigkeit oder Zähigkeit zu erhöhen, die bei einer zu hohen Wärmeeinwirkung auf das Substrat nachlassen würde. Außerdem stellen die anderen wärmebedingten Probleme bei anderen, heißen thermischen Spritzverfahren, wie thermische Eigenspannungen oder thermische Schrumpfung, beim Kaltgasspritzen kein Problem dar.
Welche Anwendungen gibt es?
Durch die Druckspannungen, die sich bei der plastischen Verformung der Pulverpartikel bilden, können dicke Schichten oder Materialablagerungen entstehen. Das Kaltgasspritzen eignet sich daher für die Reparatur von Metallteilen aller Art. Ein Beispiel aus der Luft- und Raumfahrt sind Getriebegehäuse aus Magnesium in Hubschraubern. Sie korrodieren aufgrund beschädigter Beschichtungen oder harter Umweltbedingungen, was zu Ölaustritt führt. Ohne Kältespritzen war die Verschrottung dieser Gehäuse oft notwendig. Die geometrische Sanierung dieser Schäden durch Kaltgasspritzen reduziert die Kosten und den ökologischen Fußabdruck. Ähnliche Anwendungen sind die Restaurierung von Gussformen, Druckgussteilen oder Automobilkomponenten. Da große Schichtdicken möglich sind, wird das Kaltgasspritzen auch als additives Fertigungsverfahren eingesetzt. Es kann zur Herstellung völlig neuer Teile oder zum Hinzufügen von Merkmalen zu bestehenden Objekten verwendet werden. Im Vergleich zu den schon länger existierenden additiven Fertigungsverfahren ermöglicht die Kaltgasspritztechnik eine höhere Aufbaurate. Dadurch können große(re) Teile zu relativ geringen Kosten hergestellt werden.
Die Freiheit der Materialauswahl macht die Zahl der Anwendungen immens. Zu den verarbeitbaren Metallen gehören Stahl, Aluminium, Kupfer, Bronze, Magnesium und viele andere einschließlich einer großen Anzahl ihrer Legierungen. Neben Metallen können auch Polymere, Keramiken oder Metallmatrix-Verbundwerkstoffe wie Mischungen auf Hartmetallbasis (z. B. WC-Co oder CrC-Ni) verarbeitet werden. All diese Werkstoffe ermöglichen die Anwendung aller Arten von Funktionsbeschichtungen. Man denke nur an die Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit, der Verschleißfestigkeit oder anderer tribologischer Eigenschaften, die mit der Anwendung eines speziellen Spritzmaterials einhergehen.
Gemeinsames Forschungsprogramm mit dem NLR
Damit das Kaltgasspritzen eine gut haftende, qualitativ hochwertige Beschichtung oder ein hochwertiges Produkt hervorbringt, ist es notwendig, die Auswirkungen aller beteiligten Material- und Prozessvariablen zu kennen. Für jede spezifische Anwendung sind die Maschineneinstellungen und Prozessbedingungen unterschiedlich. Daher möchte Royal NLR gemeinsam mit Partnern aus der Industrie, KMUs, Universitäten oder Forschungsinstituten Erfahrungen und Wissen über das Kaltgasspritzen aufbauen. Zu diesem Zweck wird ein vierjähriges gemeinsames Forschungsprojekt ins Leben gerufen, in das die Teilnehmer ihre technologischen Fragen und Forschungsthemen einbringen können. Die teilnehmenden Unternehmen werden ermutigt, einen zu entwickelnden Demonstrator vorzuschlagen.
Das Programm wird in Form einer öffentlich-privaten Partnerschaft durchgeführt, zu der jedes Unternehmen jährlich etwa 30 000 € beiträgt. Der NLR wird einen erheblichen Beitrag leisten (in der Größenordnung von 25-30% des Gesamtbudgets) und die TKI als Multiplikator für das Projektbudget nutzen. Weitere Informationen zu diesem Thema finden Sie im Abschnitt PPP auf dieser Website.
Auf der Grundlage der Antworten wird das NLR ein Treffen veranstalten, um das gemeinsame Forschungsprogramm (PPP) zum Kältespray vorzustellen. Interessierte Unternehmen werden gebeten, den Fragebogen auszufüllen, um ihre Interessen und Forschungsthemen für das Programm anzugeben. Weitere Informationen finden Sie in der Rubrik PPP Kaltgasspritzen auf dieser Website.