Optimierung der Brennergeometrie und Pulverinjektion beim HVOF-Prozess für die Verarbeitung von Feinstpulver mittels Modellierung und Simulation

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Feinstpulver auf Fe-Basis soll im Rahmen des Forschungsclusters entwickelt werden, um neuartige, sehr dünne, nachbearbeitungsarme nano- bzw. mikrostrukturierte Schichtsysteme zum kostengünstigen Korrosions- und Verschleißschutz herstellen zu können. Dieses neuartige Pulver soll unter anderem mit dem Hochgeschwindigkeitsflammspritzen (HVOF-Spritzen) verarbeitet werden. Im Rahmen dieses beantragten Projektes steht die Prozess- sowie Düsen- und Brenneroptimierung beim HVOFProzess mittels Modellierung und Simulation im Mittelpunkt, um eine speziell auf das Feinstpulver abgestimmte Prozessstabilität und Reproduzierbarkeit der Beschichtungen zu erreichen. Diese beiden Eigenschaften sind beim industriellen Einsatz der Thermischen Spritztechnik unerlässlich. Der HVOF-Prozess wird hierbei von der Brennkammer über die Pulverinjektion bis zum Freistrahl mittels numerischer Methoden modelliert. Darauf basierend sollen Simulationen durchgeführt werden mit dem Ziel, die Prozessparameter und die Brennergeometrie den Berechnungen entsprechend in enger Zusammenarbeit mit dem Projekt „HCR-Feinstpulverschicht“ am IOT/RWTH Aachen für eine optimale Feinstpulververarbeitung anzupassen. Diese Optimierung wird mit dem Ziel zur Herstellung von kostengünstigen, dichten und einen hohen Verschleiß- und Korrosionsschutz bietenden Schichten durchgeführt. Die Verifizierung der Simulationsergebnisse erfolgt in Zusammenarbeit mit dem Projekt „Prozessdiagnostik“ am LPT/UniBW München aufgrund einer umfangreichen Parameterstudie des HVOF-Prozesses. In der Industrie kommen mit Gas und Kerosin betriebene sowie hybride Systeme zum Einsatz. Neuartige hybride HVOF-Systeme zeigen aufgrund erster Experimente in der Industrie und an Instituten das größte Potenzial, Feinstpulver zu verarbeiten, weshalb dieser Prozess im Mittelpunkt des beantragten Projektes steht. Die Ergebnisse der Optimierung des hybriden HVOF-Prozesses sollen in die Arbeiten des Projektes „HCR-Feinstpulverschicht“ einfließen.