Dr. Prepper — editie 11

BRISTLE BLASTING BIJ THERMISCH SPUITEN: BETERE HECHTING VAN COATINGS

In de 11e editie van Dr. Prepper gaan we dieper in op een casestudy van de University of Technology - Beijing en het College of Materials Science and Engineering - Beijing, onder leiding van Yingying Ding, Hui Li en Yingliang Tian. Het onderzoek richt zich op de hechtsterkte van thermisch gespoten coatings, een cruciale factor voor de prestaties. Het introduceert Bristle Blasting als innovatieve oppervlaktevoorbehandeling en vergelijkt de effectiviteit ervan met gritstralen op zacht staal en aluminiumlegeringen.

Bristle Blasting blijkt een praktische oplossing, met name in situaties waarin gritstralen op locatie lastig is. Daarnaast onderstreept het onderzoek het belang van het substraatmateriaal, dat cruciaal is voor het optimaliseren van de coatinghechting met Bristle Blasting als methode voor oppervlaktevoorbereiding.

De vaste RED PAPER van MontiPower^®. Vol nice-to-know- en need-to-know-feiten over de meest optimale oppervlaktevoorbereiding sinds 1987.

Thermisch gespoten coatings worden in diverse industriële sectoren op grote schaal toegepast als oplossing voor oppervlaktetechniek. Voldoende hechtsterkte tussen coating en substraat is onmisbaar en vormt een fundamentele gebruikseis. Doorgaans wordt het substraatoppervlak vóór het spuiten zorgvuldig voorbereid om een gereinigd en opgeruwd oppervlak te verkrijgen, dat een goede hechting van de aangebrachte coating mogelijk maakt. Deze processtap is essentieel en heeft een grote invloed op de totale prestaties van de coating.

Zachte substraatmaterialen zoals aluminiumlegeringen, koper enz. kampen met aanzienlijke problemen door ingebedde gritdeeltjes op het grensvlak tussen substraat en coating. Bovendien is het bij bepaalde werkzaamheden op locatie lastig om traditionele gritstraalmachines in te zetten, omdat die afhankelijk zijn van luchtcompressoren en veel grit verbruiken. Daarnaast ontstaan er milieubezwaren door het geluid en het gevaarlijke stof dat deze machines als bijproduct veroorzaken. Een oppervlaktevoorbehandeling met mobiele middelen en een eenvoudige bediening is voor deze industriële toepassingen voordeliger.

Dit onderzoek heeft tot doel de haalbaarheid van Bristle Blasting bij thermisch spuiten te beoordelen, met de nadruk op metallische (Ni5Al) en keramische (Al2O3) coatings op substraten zoals zacht staal (A283) en aluminiumlegering (7075). De coatings worden aangebracht op oppervlakken die met drie methoden zijn voorbereid: Bristle Blasting, gritstralen en mechanisch slijpen.

Het voornaamste doel was gritstralen en Bristle Blasting als oppervlaktevoorbehandeling te vergelijken, met mechanisch slijpen als controlegroep om de invloed van de oppervlakteruwheid te beoordelen. Bij het gritstralen werden korunddeeltjes van 20 mesh (Pigeon Group) gebruikt, met een straaldruk van 0,6 MPa en een straalafstand van 60 mm. Bij het mechanisch slijpen werd handmatig 800# SiC-schuurpapier gebruikt op een automatische slijpmachine. Voor Bristle Blasting werd een commerciële blaster (Monti SE-677-BMC) gebruikt met een vast wieltoerental van 2150 rpm, waarbij de penetratiediepte als belangrijkste parameter gold.

Tijdens bedrijf raken de roterende borstelpunten het doeloppervlak met een kinetische energie die vergelijkbaar is met de impact van straalgrit. Doordat dit proces zich voortdurend herhaalt, ontstaan duizenden plaatselijke inslagen, terugslagen en kraters, waardoor een gereinigd en opgeruwd oppervlak achterblijft. Het grootste voordeel van deze technologie is de eenvoud en het gebruiksgemak. De Bristle Blaster® is een halve meter lang en enkele tientallen centimeters hoog; hij kan eenvoudig worden aangedreven door een accu-, elektrische of pneumatische motor. Hij kan op een geautomatiseerde positioneerder worden gemonteerd of handmatig worden bediend, zodat voor de bewerking slechts zeer weinig ruimte nodig is, in tegenstelling tot gritstralen, waarvoor doorgaans een grote geluiddichte cabine of afscherming nodig is.

TEST: Sommige onderzoekers hebben geprobeerd Bristle Blasting te gebruiken als oppervlaktevoorbehandeling voor schilderwerk en hebben aangetoond dat het mogelijk was een opgeruwd oppervlak te creëren met een gemiddelde ruwheid (Ra) van ongeveer 3,35µ.

Het grootste voordeel van deze technologie is de eenvoud en het gebruiksgemak.

De afgelopen jaren is Bristle Blasting opgekomen als nieuwe benadering in de oppervlaktevoorbereiding die de aandacht van de industrie heeft getrokken. Dit proces is in wezen een mechanisch abrasieproces met een roterend, borstelachtig wiel. Het wiel bestaat uit vele geslepen, hoogsterke staaldraden waarvan de punten speciaal zijn ontworpen met een naar voren gerichte buiging, d.w.z. de schacht van de draad is in de draairichting gebogen (fig. 1). Tijdens bedrijf raken de roterende borstelpunten het doeloppervlak met een kinetische energie die vergelijkbaar is met de impact van straalgrit. Doordat dit proces zich voortdurend herhaalt, ontstaan duizenden plaatselijke inslagen, terugslagen en kraters, waardoor een gereinigd en opgeruwd oppervlak achterblijft.

De confocale laserscanmicroscoop LEXT OLS4100 werd gebruikt om de oppervlaktetopografie met verhoogde optische resolutie te karakteriseren. Deze methode biedt een evenwichtige combinatie van hoge meetnauwkeurigheid en snelheid en beoordeelt zowel de 3D- als de 2D-oppervlaktemorfologie.

De oppervlaktemorfologie van het stalen

substraat na behandeling met verschillende methoden:

(a) Slijpen

(b) Gritstralen

(c) Bristle Blasting (3 mm)

De oppervlaktemorfologie van het stalen

substraat na behandeling met verschillende methoden:

(a) Slijpen

(b) Gritstralen

(c) Bristle Blasting (2 mm)

Bij de 7075 nam de gemiddelde oppervlakteruwheid Ra abrupt toe van 0.834 ± 0.185 tot 2.450 ± 0.606 μ toen de penetratiediepte van 1 naar 2 mm ging, wat erop wijst dat er meer substraatmateriaal werd weggeslagen. Er was echter geen duidelijk verschil tussen de monsters die met een penetratiediepte van 2 en 3 mm waren behandeld wat betreft gemiddelde ruwheid (Ra) en profielhelling (Rdq). Dit komt vermoedelijk door de plastische vervorming van het 7075-substraat wanneer de borstels voortdurend op het substraat inslaan, zoals te zien in fig. 2. Naarmate de penetratiediepte toenam, was er een tendens tot een geleidelijke afname van de scheefheid van het oppervlak (Rsk), wat aangeeft dat de profielpieken ondiep en afgevlakt waren. Bij de A283 nam de ruwheid lineair toe naarmate de penetratiediepte toenam, zoals weergegeven in fig. 2.

fig. 2

Oppervlakteruwheid van het substraat bij verschillende behandelingen. (a) Ra, (b) Rdq, (c) Rsk; G slijpen, GB gritstralen, BB Bristle Blasting.

Het onderzoek vergeleek met Bristle Blasting en met gritstralen behandelde oppervlakken. Hoewel de met Bristle Blasting behandelde oppervlakken visueel helderder leken, waren ze minder ruw dan de gegritstraalde oppervlakken. Bij 7075 leidde een toename van de penetratiediepte van 1 naar 2 mm tot een aanzienlijke stijging van de gemiddelde ruwheid (Ra), wat wijst op meer weggeslagen substraatmateriaal. Bij grotere diepten trad plastische vervorming op. Bij A283 nam de ruwheid lineair toe met de penetratie. A283 bereikte bij 3 mm de ruwheid van gritstralen, begrensd door onvoldoende kinetische energie. Ondanks vergelijkbare Ra-waarden waren de met Bristle Blasting behandelde oppervlakken minder uniform door de onderlinge afstand van de borsteldraden, wat resulteerde in grotere pieken en dalen dan bij gegritstraalde oppervlakken fig. 3.

fig. 3

2D-profiel van het oppervlak van het stalen substraat (A283) bij verschillende behandelingen: (a) geslepen, (b) gegritstraald, (c) behandeld met Bristle Blasting bij 3 mm penetratie.

Het belangrijkste nadeel van gritstralen voor oppervlaktevoorbereiding is de aanwezigheid van gritresten op het grensvlak, wat vooral bij zachte materialen problematisch is. Ultrasoon reinigen achteraf kan deze resten verwijderen, maar is op locatie lastig toe te passen. Dit probleem wordt volledig vermeden wanneer Bristle Blasting voor de oppervlaktevoorbereiding wordt gebruikt. Het aantrekkelijkste aspect van Bristle Blasting is de eenvoud en kosteneffectiviteit, met name bij werkzaamheden op locatie.

In tegenstelling tot gritstralen, waarbij het opvangen en recyclen van grote hoeveelheden teruggekaatste abrasieve deeltjes in open ruimten moeilijk is, biedt Bristle Blasting flexibiliteit en een verwerkingsefficiëntie die vergelijkbaar is met standaard gritstralen en mechanisch opruwen. Op basis van laboratoriumervaring kan de verwerkingssnelheid bij Bristle Blasting oplopen tot ongeveer 1 vierkante meter oppervlak per 1 uur, aanzienlijk sneller dan lasertextureren.

Bij Bristle Blasting ontstaat de oppervlakteabrasie doordat de borstelpunten het metaaloppervlak op grote schaal uitgraven, wat resulteert in talrijke plaatselijke, schepvormige kraters..

fig. 4

Afhankelijkheid van de hechting van de Ni5Al-coating van verschillende oppervlakteruwheidsparameters: (A) Ra, (b) Rdq, (c) Rsk

Dit onderzoek heeft de haalbaarheid van Bristle Blasting in combinatie met thermisch gespoten coatings onderzocht. De belangrijkste voorlopige resultaten zijn als volgt:

De hechtsterkte van thermisch gespoten coatings op substraten met verschillende voorbehandelingsmethoden nam geleidelijk toe van slijpen via Bristle Blasting naar gritstralen. Bij de Ni5Al-coating leverde oppervlaktevoorbereiding met Bristle Blasting ongeveer 60% van de hechtsterkte op in vergelijking met de gritstraalmethode.

Bristle Blasting lijkt een veelbelovende oplossing voor substraten van staal en aluminiumlegering wanneer gritstralen niet toepasbaar is. Het is echter essentieel om bij de keuze van de straalparameters rekening te houden met het substraatmateriaal.

WIJ GELOVEN IN DE KRACHT VAN INNOVATIE

Door optimale oppervlakken voor te bereiden, laten we coatings beter werken. Montipower® innoveert sinds 1987 met originele machines voor oppervlaktevoorbereiding, kwaliteit gemaakt in Duitsland.

DOWNLOAD DR. PREPPER NR. 11

Je kunt ook de complete edities van Dr. Prepper downloaden: