Simulation des Erstarrungsverhaltens und der Mikrostrukturausbildung thermisch gespritzter Partikel

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Die Eigenschaften thermisch gespritzter Schichten werden von der Mikrostruktur einzelner gespritzter Partikel und der Morphologie der gesamten Schicht bestimmt. Simulationen zur Ausbreitung einzelner Partikel auf dem Substrat und deren Erstarrung führen zur Modellierung des Schichtbildungsmechanismus. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wird der makroskopische Ausbreitungsvorgang des Partikels modelliert. Aufbauend auf den Ergebnissen des ersten Projektzeitraumes wird hierbei der Zusammenhang von Geometrie erstarrter Partikel und den Parametern Partikeltemperatur, Partikelgeschwindigkeit, Substrattemperatur und Substrattopograhpie teilweise aufgeschmolzene Partikel bestimmt. Die mit der Berechnung der Partikelausbreitung gekoppelte Simulation der Mikrostruktur des erstarrenden Partikels erfolgt in einem energetisch offenen System. Dabei wird die stattfindende Keimbildung unter nichtadiabatischen Bedingungen berücksichtigt. Die Ausbreitung des Partikels wird mittels der Bewegungsgleichung einer inkompressiblen und viskosen Flüssigkeit beschrieben, während zur Mikrostruktursimulation die Phasenfeldmethode herangezogen wird. Experimente zur Bestimmung der Partikelgeometrie und der Mikrostruktur werden durchgeführt. Der Vergleich von Simulation und Experiment führt zu einem abgesicherten Modell.