Entwicklung eines Plasmaprozesses mit gepulstem Stromverlauf und angepasster Spritzwerkstoffzufuhr

Vorhabenbeschreibung:

Beim Plasmaspritzen setzen KMU aufgrund ihrer Kostengünstigkeit vorwiegend Ein-Kathoden-ein-Anoden-Plasmageneratoren (EKEAP) ein. Bei EKEAP wird ein Lichtbogen zwischen einer zentralen Kathode und einer rohrförmigen Anode betrieben. Da der Anodenansatz jedoch sehr viel Energie in den Ansatzpunkt einbringt, wird dieser durch Gasflüsse bewegt, da eine Fixierung des Ansatzes aufgrund eines zu hohen Energieeintrags zu einer Zerstörung des Plasmagenerators führt. Durch die Bewegung des Anodenansatzes verkürzt und verlängert sich der Lichtbogen statistisch verteilt, so dass Fluktuationen des sich außerhalb des Generators befindlichen heißen Gasjets resultieren. Aufgrund der Fluktuationen ist die Wechselwirkung zwischen Gasjet und kontinuierlich in den Jet eingebrachtem Spritzpulver ungleichmäßig, so dass eine verringerte Schichtqualität resultiert. Mehrlichtbogensysteme mit fixiertem Anodensatz weisen diese Probleme nicht auf, stellen allerdings aufgrund ihrer Kostenintensität meist eine zu hohe Investitionshürde für KMU dar. Ziel dieses Forschungsantrags ist es daher, das Plasmaspritzen mit EKEAP auf kostengünstige Weise durch Einsatz einer steuerbaren Stromquelle für KMU so zu verbessern, dass ebenso eine gleichmäßige Partikel-Gasjet-Wechselwirkung wie bei Mehrlichtbogensystemen resultiert. Hierfür soll die Bewegung des anodischen Ansatzpunkts durch Strompulsen aktiv gelenkt werden, so dass sich der Gasjet in periodischen Zeitabständen verlängert und verkürzt. Durch ein Pulsen der Partikelzufuhr, die an die Strommodulation angepasst ist, soll erreicht werden, dass das Pulver immer zu denselben Zeitpunkten geringer Viskosität des Gasjets in diesen eindringt. Demnach kann eine gleichmäßige Partikel-Jet-Wechselwirkung mit entsprechenden Schichtqualitäten resultieren. Aufgrund der deutlichen Prozessverbesserung würden sowohl Lohnbeschichter und Spritzsystemanbieter als auch Stromquellenhersteller aufgrund verbesserter Wettbewerbsfähigkeit und erhöhtem Angebot profitieren.