De Technische Universiteit - Beijing en het College of Materials
Science and Engineering - Beijing, onder leiding van Yingying Ding, Hui Li en
Yingliang Tian. Het onderzoek richt zich op de kleefkracht in thermisch
gespoten coatings, een kritieke factor voor prestaties. Het introduceert
Bristle Blasting als een innovatieve oppervlaktevoorbehandeling en vergelijkt
met gritstralen op zacht staal en aluminiumlegeringen.
Borstelstralen blijkt een praktische oplossing te zijn, vooral in
situaties waar ter plaatse gritstralen een uitdaging is. Bovendien onderstreept de
onderstreept de studie het belang van rekening houden met het materiaal van het substraat,
cruciaal voor het optimaliseren van de hechting van coatings met borstelstralen als een
methode voor oppervlaktevoorbereiding.

1. OPPERVLAKTEVOORBEREIDING: THERMISCH GESPOTEN COATINGS

Thermisch gespoten coatings worden op grote schaal toegepast in diverse
industriële sectoren voor oppervlaktetechnische oplossingen. Zorgen voor voldoende
kleefkracht tussen de coating en het substraat is noodzakelijk,
en vormt een fundamentele servicevereiste. Het
substraatoppervlak een zorgvuldige voorbereiding voor het spuiten om een gereinigd en opgeruwd oppervlak te verkrijgen.
om een gereinigd en opgeruwd oppervlak te verkrijgen, wat een adequate
hechting voor de afgezette coating mogelijk te maken. Deze procedurele stap is essentieel
en heeft een aanzienlijke invloed op de algehele prestaties van de coating.
Zachte substraatmaterialen zoals aluminiumlegeringen, koper, enz.
worden met aanzienlijke uitdagingen geconfronteerd vanwege de aanwezigheid van ingebedde gruisdeeltjes
op het grensvlak tussen substraat en coating. Bovendien kan bij bepaalde
het gebruik van traditionele gritstraalmachines een uitdaging, gezien hun afhankelijkheid van lucht.
een uitdaging, gezien hun afhankelijkheid van luchtcompressoren en aanzienlijk
verbruik van grit. Bovendien zijn er milieuproblemen door
het lawaai en de gevaarlijke stofdeeltjes die dergelijke
machines. Een oppervlaktevoorbehandeling met mobiele installaties met
eenvoudige bediening blijkt voordeliger voor deze
industriële toepassingen.

2. BORSTELSTRALEN VS. GRITSTRALEN & MECHANISCH SLIJPEN

Deze studie heeft als doel om de haalbaarheid van het gebruik van borstelstralen bij thermisch spuiten te beoordelen, waarbij de focus ligt op metallische (Ni5Al) en keramische (Al2O3) coatings op substraten zoals zacht staal (A283) en aluminiumlegering (7075). De coatings worden aangebracht op oppervlakken die voorbereid zijn met drie methoden: Borstelstralen, gritstralen en
mechanisch slijpen.

Voorbereiding van het substraat:

Het primaire doel was om gritstralen en borstelstralen te vergelijken als oppervlak
voorbehandelingen, waarbij mechanisch slijpen als controlegroep diende om de invloed van de oppervlakteruwheid te beoordelen.
invloed van oppervlakteruwheid. Bij het gritstralen werden korunddeeltjes van 20 mazen (Pigeon Group) gebruikt met een straalluchtdruk van 0,6 MPa en een straalafstand van 60 mm. Bij mechanisch slijpen werd handmatig 800# SiC schuurpapier gebruikt op een automatische slijpmachine. Bij het borstelstralen werd gebruik gemaakt van een commercieel straaltoestel (Monti SE-677-BMC) met een vaste rotatiesnelheid van het wiel van 2150 tpm, waarbij de penetratiediepte een belangrijke parameter was.

Tijdens het gebruik raken de roterende borstelpunten het doeloppervlak met een kinetische energie die vergelijkbaar is met de impact van straalgrit. Dit continu herhaalde proces resulteert in duizenden plaatselijke inslagen, terugkaatsingen en de vorming van kraters, waardoor een gereinigd en opgeruwd oppervlak achterblijft. Het grootste voordeel van deze technologie is de eenvoud en het gebruiksgemak. De Bristle Blaster® is een halve meter lang en enkele tientallen centimeters hoog; hij kan gemakkelijk worden aangedreven door een batterij-, elektrische of pneumatische motor. Hij kan op een geautomatiseerde positioner worden gemonteerd of handmatig worden bediend zodat er maar een heel kleine ruimte nodig is, in tegenstelling tot gritstralen waarvoor meestal een grote geluiddichte cabine of bescherming nodig is.

TEST: Sommige arbeiders hebben geprobeerd om Borstelstralen te gebruiken als voorbehandeling voor het schilderen en hebben aangetoond dat het mogelijk was om een opgeruwd oppervlak te genereren, waarvan de gemiddelde ruwheid (Ra) ongeveer 3.35μ was.

In de afgelopen jaren heeft borstelstralen zich ontpopt als een nieuwe benadering van
voorbereiding die de aandacht heeft getrokken van de industrie. Dit proces is
in wezen een mechanisch schuurproces met een roterend borstelachtig wiel.
wiel. Het wiel bestaat uit vele geslepen, hoogvaste staaldraden waarvan de
uiteinden speciaal ontworpen zijn met een voorwaartse hoekbocht, d.w.z. dat de schacht van de
draad is gebogen in de draairichting (fig. 1). Tijdens het gebruik slaan de roterende
borstelpunten het doeloppervlak met een kinetische energie die vergelijkbaar is met de impact
van straalgrit. Dit continu herhaalde proces resulteert in duizenden
gelokaliseerde inslagen, terugkaatsen en de vorming van kraters.
een gereinigd en opgeruwd oppervlak achterblijft.

3. TESTRESULTATEN Waarneming van de morfologie van het substraatoppervlak

De LEXT OLS4100 confocale laserscanningmicroscoop werd gebruikt om de oppervlaktetopografie te karakteriseren met een verbeterde optische resolutie.
Deze methode biedt een uitgebalanceerde combinatie van hoge testnauwkeurigheid en snelheid, waarbij zowel de 3D als 2D oppervlaktemorfologie geëvalueerd wordt.

OPPERVLAKTERUWHEID

In het geval van de 7075 nam de gemiddelde oppervlakteruwheid Ra abrupt toe van 0,834 ± 0,185 tot 2,450 ± 0,606 μ wanneer de penetratiediepte veranderde van 1 naar 2 mm, wat impliceert dat er meer substraatmaterialen werden weggeslagen.
Er was echter geen duidelijk verschil tussen de monsters behandeld met een indringdiepte van 2 en 3 mm in termen van gemiddelde ruwheid (Ra) en profielhelling (Rdq). Dit is vermoedelijk te wijten aan de plastische vervorming van het 7075 substraat wanneer de borstelharen continu op het substraat insloegen, zoals te zien is in fig.2. Naarmate de penetratiediepte toenam, was er een tendens van een geleidelijke afname van de oppervlaktescheefheid (Rsk), wat aangeeft dat de profielasperiteiten ondiep en ingedrukt waren. Voor de A283 nam de ruwheid lineair toe naarmate de indringdiepte toenam, zoals te zien is in fig. 2.

2D PROFIEL

In de studie werden gestraalde en gegritstraalde oppervlakken vergeleken. Hoewel de gestraalde oppervlakken er visueel helderder uitzagen, waren ze minder ruw dan de gestraalde oppervlakken. Voor 7075 leidde een toename van de indringdiepte van 1 naar 2 mm tot een significante toename van de gemiddelde ruwheid (Ra), wat duidt op meer afbrokkeling van het substraatmateriaal. Plastische vervorming trad op bij diepere diepten. Voor A283 nam de ruwheid lineair toe bij toenemende indringdiepte. A283 bereikte een gestraalde ruwheid bij 3 mm, beperkt door onvoldoende kinetische energie. Ondanks vergelijkbare Ra-waarden waren de met borstelharen gestraalde oppervlakken minder uniform door de afstand tussen de borstelharen, wat resulteerde in grotere pieken en dalen vergeleken met de met grit gestraalde oppervlakken fig. 3.

HECHTSTERKTE

Het belangrijkste nadeel van het gebruik van gritstralen voor oppervlaktevoorbereiding is de aanwezigheid van gritresten op het grensvlak, vooral problematisch voor zachte materialen. Hoewel ultrasone reiniging achteraf deze residuen kan verwijderen, is de toepassing ervan op locatie een uitdaging. Dit probleem wordt volledig vermeden door gebruik te maken van borstelstralen voor oppervlaktevoorbereiding. Het meest aantrekkelijke aspect van borstelstralen is de eenvoud en kosteneffectiviteit, vooral voor gebruik op locatie.
In tegenstelling tot gritstralen, waarbij het verzamelen en recyclen van massieve teruggekaatste straaldeeltjes in open ruimtes moeilijk is, biedt Bristle Blasting flexibiliteit en verwerkingsefficiëntie die vergelijkbaar is met standaard gritstralen en mechanisch opruwen. Gebaseerd op laboratoriumervaring kan de verwerkingssnelheid tijdens Bristle Blasting ongeveer 1 vierkante meter oppervlak in 1 uur bereiken, aanzienlijk sneller dan laser textuurbewerking.
Bij het borstelstralen vindt oppervlaktebeschadiging plaats door de uitgebreide uitgraving van het metaaloppervlak door de borstelpunten, wat resulteert in talrijke plaatselijke kraters.

CONCLUSIE

Deze studie onderzocht de haalbaarheid van het toepassen van Bristle Blasting in relatie tot thermisch gespoten coatings. De belangrijkste voorlopige resultaten zijn als volgt:

• De kleefkracht van thermisch gespoten coatings op substraten die verschillende voorbehandelingsmethoden ondergingen, vertoonde een geleidelijke toename van slijpen, Borstelstralen tot gritstralen. In het geval van de Ni5Al coating leverde de oppervlaktevoorbereiding met borstelstralen ongeveer 60% van de kleefkracht op vergeleken met de gritstraalmethode.
• Borstelstralen lijkt een veelbelovende oplossing te zijn voor stalen en aluminiumlegering substraten wanneer gritstralen niet toepasbaar is. Het is echter essentieel om rekening te houden met het substraatmateriaal bij de keuze van de straalparameters.