Die Technische Universität Peking und das College of Materials
Wissenschaft und Technik - Peking, geleitet von Yingying Ding, Hui Li und
Yingliang Tian. Die Studie konzentriert sich auf die Haftfestigkeit bei thermisch
Sprühbeschichtungen, ein kritischer Faktor für die Leistung. Es führt
Bristle Blasting als innovative Oberflächenvorbehandlung und vergleicht
seine Wirksamkeit beim Sandstrahlen von Weichstahl und Aluminiumlegierungen.
Bristle Blasting erweist sich als praktische Lösung, insbesondere in
Situationen, in denen das Sandstrahlen vor Ort eine Herausforderung darstellt. Darüber hinaus
Studie unterstreicht die Bedeutung der Berücksichtigung des Substratmaterials,
entscheidend für die Optimierung der Beschichtungshaftung mit Bristle Blasting als
Methode zur Oberflächenvorbereitung.

1. OBERFLÄCHENVORBEREITUNG: THERMISCH SPRITZBESCHICHTUNGEN

Thermisch gespritzte Beschichtungen finden breite Anwendung in verschiedenen
Industriezweige für Oberflächentechnik-Lösungen. Sicherstellung ausreichender
die Haftfestigkeit zwischen Beschichtung und Untergrund ist zwingend erforderlich,
eine grundlegende Dienstleistungsanforderung darstellt. Normalerweise
Die Oberfläche des Substrats wird vor dem Sprühen sorgfältig vorbereitet
um eine gereinigte und aufgeraute Oberfläche zu schaffen, die eine ausreichende
Bindung für die aufgebrachte Beschichtung. Dieser Verfahrensschritt ist wesentlich
und beeinflusst maßgeblich die Gesamtleistung der Beschichtung.
Weiche Substratmaterialien wie Aluminiumlegierungen, Kupfer usw.,
erhebliche Herausforderungen aufgrund der Anwesenheit eingebetteter Sandpartikel
an der Substrat/Beschichtungs-Grenzfläche. Darüber hinaus können in bestimmten
Operationen, die den Einsatz traditioneller Sandstrahlmaschinen erfordern,
herausfordernd, da sie auf Luftkompressoren angewiesen sind und erhebliche
Sandverbrauch. Darüber hinaus ergeben sich Umweltbedenken durch
der Lärm und die gefährlichen Staubnebenprodukte, die mit solchen
Maschinen. Eine Oberflächenvorbehandlung mittels mobiler Anlagen mit
Die einfache Bedienung erweist sich für diese als vorteilhafter
industrielle Anwendungen.

2. Borstenstrahlen vs. Sandstrahlen und mechanisches Schleifen

Ziel dieser Studie ist es, die Durchführbarkeit des Einsatzes von Bristle Blasting beim thermischen Spritzen zu untersuchen. Dabei liegt der Schwerpunkt auf metallischen (Ni5Al) und keramischen (Al2O3) Beschichtungen auf Substraten wie Weichstahl (A283) und Aluminiumlegierungen (7075). Die Beschichtungen werden auf Oberflächen aufgetragen, die mit drei Methoden vorbereitet wurden: Bristle Blasting, Sandstrahlen und
mechanisches Schleifen.

Vorbereitung des Untergrundes:

Das Hauptziel war der Vergleich von Sandstrahlen und Bristle Blasting als Oberflächen
Vorbehandlungen, wobei das mechanische Mahlen als Kontrollgruppe zur Beurteilung der
Einfluss der Oberflächenrauheit. Beim Sandstrahlen wurden Korundpartikel mit einer Maschenweite von 20 (Pigeon Group) mit einem Strahlluftdruck von 0,6 MPa und einer Strahldistanz von 60 mm verwendet. Beim mechanischen Schleifen wurde 800# SiC-Schleifpapier manuell auf einer automatischen Schleifmaschine verwendet. Beim Bristle Blasting wurde ein handelsübliches Strahlgerät (Monti SE-677-BMC) mit einer festen Raddrehzahl von 2150 U/min verwendet, wobei die Eindringtiefe als Schlüsselparameter galt.

Während des Betriebs treffen die rotierenden Borstenspitzen mit einer kinetischen Energie auf die Zieloberfläche, die der Wirkung von Strahlgut ähnelt. Dieser kontinuierlich wiederholte Vorgang führt zu Tausenden von lokalen Stößen, Rückschlägen und der Bildung von Kratern, wodurch eine gereinigte und aufgeraute Oberfläche entsteht. Der Hauptvorteil dieser Technologie ist ihre Einfachheit und Benutzerfreundlichkeit. Der Bristle Blaster® ist einen halben Meter lang und mehrere zehn Zentimeter hoch; er kann problemlos mit einem Akku, einem Elektro- oder einem pneumatischen Motor angetrieben werden. Er kann auf einem automatisierten Positionierer montiert oder manuell gehandhabt werden, sodass der Vorgang nur einen sehr kleinen Raum benötigt, im Gegensatz zum Sandstrahlen, das normalerweise eine große schalldichte Kabine oder einen Schutz erfordert.

TEST: Einige Arbeiter haben versucht, Bristle Blasting als Oberflächenvorbehandlung für das Lackieren zu verwenden und haben gezeigt, dass es möglich war, eine aufgeraute Oberfläche zu erzeugen, deren durchschnittliche Rauheit (Ra) etwa 3,35 μ betrug.

In den letzten Jahren hat sich Bristle Blasting als neuer Ansatz in der Oberflächentechnik etabliert.
Präparat, das die Aufmerksamkeit der Industrie auf sich gezogen hat. Dieser Prozess ist
im Wesentlichen ein mechanischer Schleifvorgang mit einer rotierenden bürstenartigen
Rad. Das Rad besteht aus vielen geschärften, hochfesten Stahldrähten, deren
Spitzen sind speziell mit einer Vorwärtsbiegung gestaltet, d.h. der Schaft der
Draht ist in Drehrichtung gebogen (Abb. 1). Während des Betriebs dreht sich der rotierende
Borstenspitzen treffen mit einer kinetischen Energie auf die Zieloberfläche, die der des Aufpralls ähnelt
von Strahlgut. Dieser Prozess wiederholt sich kontinuierlich und führt zu Tausenden von
lokale Einschläge, Rückschläge und die Bildung von Kratern, wodurch
eine gereinigte und aufgeraute Oberfläche.

3. TESTERGEBNISSE Beobachtung der Morphologie der Substratoberfläche

Das konfokale Laser-Scanning-Mikroskop LEXT OLS4100 wurde zur Charakterisierung der Oberflächentopographie mit verbesserter optischer Auflösung verwendet.
Diese Methode bietet eine ausgewogene Kombination aus hoher Testgenauigkeit und Geschwindigkeit und bewertet sowohl die 3D- als auch die 2D-Oberflächenmorphologie.

OBERFLÄCHENRAUHEIT

Beim 7075 stieg die durchschnittliche Oberflächenrauheit Ra abrupt von 0,834 ± 0,185 auf 2,450 ± 0,606 μ an, als sich die Eindringtiefe von 1 auf 2 mm änderte, was bedeutet, dass mehr Substratmaterial herausgebrochen wurde.
Es gab jedoch keinen deutlichen Unterschied zwischen den mit einer Eindringtiefe von 2 und 3 mm behandelten Proben in Bezug auf die durchschnittliche Rauheit (Ra) und die Profilneigung (Rdq). Dies ist vermutlich auf die plastische Verformung des 7075-Substrats zurückzuführen, wenn die Borsten kontinuierlich auf das Substrat auftreffen, wie in Abb. 2 zu sehen. Mit zunehmender Eindringtiefe gab es eine Tendenz zu einer allmählichen Abnahme der Oberflächenschiefe (Rsk), was darauf hindeutet, dass die Profilunebenheiten flach und vertieft waren. Beim A283 nahm die Rauheit mit zunehmender Eindringtiefe linear zu, wie in Abb. 2 gezeigt.

2D PROFIL

In der Studie wurden borstengestrahlte und sandgestrahlte Oberflächen verglichen. Obwohl borstengestrahlte Oberflächen optisch heller erschienen, waren sie weniger rau als sandgestrahlte. Bei 7075 führte eine Erhöhung der Eindringtiefe von 1 auf 2 mm zu einem deutlichen Anstieg der durchschnittlichen Rauheit (Ra), was auf mehr Absplitterungen des Substratmaterials hindeutet. In größeren Tiefen traten plastische Verformungen auf. Bei A283 nahm die Rauheit mit zunehmender Eindringtiefe linear zu. A283 erreichte die sandgestrahlte Rauheit bei 3 mm, begrenzt durch unzureichende kinetische Energie. Trotz ähnlicher Ra-Werte waren borstengestrahlte Oberflächen aufgrund des Abstands der Borstendrähte weniger gleichmäßig, was zu größeren Spitzen und Tälern im Vergleich zu sandgestrahlten Oberflächen führte (Abb. 3).

KLEBEFESTIGKEIT

Der Hauptnachteil der Verwendung von Sandstrahlen zur Oberflächenvorbereitung ist das Vorhandensein von Sandrückständen an der Schnittstelle, was besonders bei weichen Materialien problematisch ist. Diese Rückstände können zwar durch eine anschließende Ultraschallreinigung entfernt werden, die Anwendung vor Ort ist jedoch schwierig. Dieses Problem wird beim Einsatz von Bristle Blasting zur Oberflächenvorbereitung vollständig vermieden. Der attraktivste Aspekt des Bristle Blasting liegt in seiner Einfachheit und Kosteneffizienz, insbesondere bei Einsätzen vor Ort.
Anders als beim Sandstrahlen, bei dem das Auffangen und Recyceln massiver, zurückprallender Schleifpartikel in offenen Bereichen schwierig ist, bietet Bristle Blasting eine Flexibilität und Verarbeitungseffizienz, die mit herkömmlichem Sandstrahlen und mechanischem Aufrauen vergleichbar ist. Basierend auf Laborerfahrungen kann die Verarbeitungsgeschwindigkeit beim Bristle Blasting etwa 1 Quadratmeter Oberfläche in 1 Stunde erreichen, was deutlich schneller ist als die Verarbeitung von Lasertexturen.
Beim Bristle Blasting kommt es durch das großflächige Aushöhlen der Metalloberfläche durch die Borstenspitzen zu Oberflächenabrasion, was zu zahlreichen örtlich begrenzten, geschaufelten Kratern führt.

ABSCHLUSS

In dieser Studie wurde die Durchführbarkeit der Anwendung von Bristle Blasting in Bezug auf thermisch gespritzte Beschichtungen untersucht. Die wichtigsten vorläufigen Ergebnisse sind wie folgt:

• Die Haftfestigkeit thermisch gespritzter Beschichtungen auf Substraten, die verschiedenen Vorbehandlungsmethoden unterzogen wurden, zeigte einen allmählichen Anstieg durch Schleifen, Bristle Blasting und Sandstrahlen. Bei der Ni5Al-Beschichtung ergab die Oberflächenvorbereitung mit Bristle Blasting eine um etwa 60 % höhere Haftfestigkeit als das Sandstrahlen.
• Bristle Blasting scheint eine vielversprechende Lösung für Stahl- und Aluminiumlegierungssubstrate zu sein, wenn Sandstrahlen nicht anwendbar ist. Bei der Auswahl der Strahlparameter muss jedoch unbedingt das Substratmaterial berücksichtigt werden.