Prozessbeschreibung
Das Plasmaspritzen ist das vielseitigste Verfahren unter den Thermischen Spritzprozessen, da es ausreichend Wärmeenergie entwickelt, um praktisch jeden Spritzwerkstoff anzuschmelzen. Durch die Verwendung pulverförmiger Spritzwerkstoffe ist die Auswahl der Beschichtungsmaterialien beim Plasmaspritzen nahezu unbegrenzt. Ein hochfrequenter Lichtbogen wird in einem Plasmabrenner zwischen einer Anode (Düse) und einer Kathode (Elektrode) gezündet. Prozessgase (im Allgemeinen ein Gemisch aus Argon, Wasserstoff, Stickstoff und Helium) fliessen zwischen beiden, werden ionisiert und bilden einen Spritzstrahl aus heißem Plasmagas. Dessen Temperatur erreicht 16.600 °C und übertrifft damit die Oberflächentemperatur der Sonne von 6.600 °C. Der Spritzwerkstoff wird in den Plasmastrahl injiziert, angeschmolzen und auf die Substratoberfläche geschossen.

Schematische Darstellung eines Plasmabrenners in Spritzposition

Die verwendeten Prozessgase bestimmen in Verbindung mit dem Arbeitsstrom an den Elektroden die durch den Prozess erzeugte Energiemenge. Da die Menge jedes einzelnen Prozessgases und der Arbeitsstrom präzise geregelt werden können, sind Schichten in voraussagbarer und reproduzierbarer Qualität erzielbar. Nebst dem Abstand des Plasmabrenners zum Werkstück sind auch Eintritts-Punkt und –Winkel des Spritzpulvers in den Plasmastrahl einstellbar. Dieser hohe Grad an Anpassungsfähigkeit erlaubt die Entwicklung der geeigneten Prozessparameter für Spritzwerkstoffe mit sehr unterschiedlichen Schmelzpunkten.

Der Abstand des Plasmabrenners vom Werkstück, die relative Geschwindigkeit zwischen Brenner und Werkstück sowie eine Kühlung des zu beschichtenden Bauteils (meist mittels Luftdüsen, die auf das Substrat gerichtet sind), halten die Temperatur im Werkstück, in Abhängigkeit von dessen Grösse in einem Bereich von etwa 40 bis 260 °C.

Hauptkomponenten eines atmosphärischen Plasmaspritzsystems

Besondere Merkmale des Atmosphärischen Plasmaspritzens
• Grosse Auswahl an Beschichtungswerkstoffen, einschliesslich reiner Metalle, Legierungen, Metalloxide (Keramik), Cermets, Karbide und andere
• Schichtsysteme, bestehend aus unterschiedlichen Schichten sind herstellbar
• Herstellung von Oberflächen für eine grosse Anzahl von Anwendungen, beständig gegen viele Arten von Verschleiss und Korrosion, mit definierten thermischen und elektrischen Eigenschaften; Wiederherstellung von Oberflächen und Abmessungen
• Ausgezeichnete Kontrolle von Schichtdicke und Schichteigenschaften, wie Porosität und Härte.
• Geringe Wärmeeinbringung in das Werkstück - kein Verzug
• Hohe Spritzleistung
• Hohe Haftfestigkeit der Beschichtung am Substrat
• Beschichtung von Werkstücken mit komplizierter Geometrie
• Einfaches Abdecken von Bereichen, die nicht beschichtet werden dürfen
• Prozess voll automatisierbar
• Beschichtung von Bohrungen und innenliegenden Oberflächen