Entwicklung einer Methodik zur gezielten Steigerung des Auftragswirkungsgrads im Thermischen Spritzen

• Antragstellerin: Professorin Dr.-Ing. Kirsten Bobzin
• Fachliche Zuordnung: Fügetechnik und Trenntechnik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 506461824

Beim Plasmaspritzen ist der Auftragswirkungsgrad einer der entscheidendsten Faktoren, der maßgeblich durch die Prozessparameter und folglich die Partikelzustandsgrößen beeinflusst wird. Aufgrund der komplexen Wechselwirkungen zwischen der Vielzahl von Einflussfaktoren, ist eine präzise Vorhersage des Auftragswirkungsgrads anhand der Prozessparameter nicht Stand der Technik. Ein vielversprechender Lösungsweg für die in situ-Bestimmung des Auftragswirkungsgrads ist die Ermittlung der Massenflussmengen der in die Richtung Substratoberfläche fliegenden und vom Substrat abprallenden Partikel. Im Rahmen der Vorarbeiten wurde bereits am IOT eine Methodik zur Bestimmung der Partikelmassenflussmenge im Freistrahl mittels Partikeldiagnostik entwickelt. Dieser Ansatz wurde dann erfolgreich zur Bestimmung des lokalen Auftragswirkungsgrads im Plasmaspritzen eingesetzt. Darüber hinaus konnten die substratnahen Partikel erfolgreich erfasst werden, welche der erste Schritt zur in situ-Bestimmung des Auftragswirkungsgrads ist. Die klassischen Partikeldiagnostikgerätesind jedoch nicht in der Lage, zwischen den abprallenden und ankommenden Partikeln in der Nähe vom Substrat zu unterscheiden. Um dies zu ermöglichen, soll in Rahmen des vorliegenden Forschungsantrags eine sogenannte Particle Image Velocimetry(PIV)-Messtechnik zur richtungsaufgelösten Erfassung substratnaher Partikel entwickelt werden. Dabei wird die am IOT vorhandene Hochgeschwindigkeitskamera zusammen mit einem hier beantragten Laser zur pulsierten Beleuchtung der Partikel am Substrat kombiniert. Die neu zu entwickelnde PIV-Messmethode soll die folgendenErkenntnisse ermöglichen: - Die erfolgreiche Erfassung von ankommenden und abprallenden Partikelströme am Substrat- Erfassung einer statistisch ausreichenden Auswahl von Partikeln am Substrat zur in situ-Bestimmung des Auftragswirkungsgrads- Die Beobachtung von Mechanismen während des Partikelaufpralls, die zum Anhaften oder Abprallen des Partikels führen Basierend auf den substratnahen Messungen mittels der zu entwickelnde PIV-Messmethode wird ein Künstliches Intelligenz (KI)-Modell zur Vorhersage der Massenflüsse sowie des Aufprallverhaltens substratnaher Partikel für die eingesetzten Werkstoffe entwickelt. Das KI-Modell wird dann durch die Ermittlung des Auftragswirkungsgrads nach DIN-Norm validiert. Dazu findet eine Untersuchung zum Einfluss der Mechanismen beim Partikelaufprall auf den Auftragswirkungsgrad statt, welche durch experimentelle Untersuchungen der Schichteigenschaften ergänzt wird. Die daraus resultierenden Ergebnisse werden abschließend zur Steigerung des Auftragswirkungsgrad durch Minimierung der abprallenden Massenflüsse verwendet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen