Numerische Simulation der chemisch-physikalischen Vorgänge am Spritzpartikel beim Lichtbogenspritzen

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... In diesem Antragszeitraum erfolgt zunächst die Optimierung der Gasströmung mit den Mitteln der numerischen Simulation. Ziel der Optimierung ist die Steigerung der Partikelgeschwindigkeiten des Spritzwerkstoffs ohne eine Erhöhung des Oxidationsgrades. Hierzu werden die beim Lichtbogenspritzen eingesetzten Düsen modifiziert. Dabei werden sowohl konventionelle offene Düsen, als auch geschlossene, den Lichtbogen umschließende Düsensysteme, wie sie im Bereich des Hochgeschwindigkeitslichtbogenspritzens zum Einsatz kommen, betrachtet. Darüber hinaus werden neuartige Düsen, die die Expansion des Trägergases zur Beschleunigung der Schichtwerkstoffpartikel nutzen untersucht. Aufgrund der berechneten Gasströmung werden Partikeltrajektorien, -beschleunigung, Relativgeschwindigkeit zwischen Partikeln und Gasstrom, Wärme- und Stofftransport (Diffusion und Oxidation) und Stabilitätskriterien für die Tropfen numerisch berechnet. Zur Berechnung der Gasströmung werden Luft und Stickstoff als Beschleunigergas und Luft als Umgebungsgas betrachtet. Konzentrationsfelder für Stickstoff und Sauerstoff werden für die anschließende Berechnung der Diffusionsvorgänge und der Oxidation des Spritzwerkstoffs berechnet. Damit soll das komplexe Verhalten der von der Gasströmung auf die Werkstückoberfläche beschleunigten schmelzflüssigen Spritzpartikel in der Düse sowie auf dem Flugweg zwischen Düse und Werkstück vorhergesagt werden. Als beispielhafter Spritzwerkstoff wird das für Korrosionsschutzschichten häufig verwendete Aluminium eingesetzt.