DVS 2316-2015 Stripping techniques for thermally sprayed coatings.pdf

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1、 File: D:DokumenteKundenDVSMe+Ri23162316.fmErstellt am: 04.11.2007Zuletzt gendert am: 15.03.2015Nachdruck und Kopie,auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des HerausgebersDVS, Ausschuss fr Technik, Arbeitsgruppe Thermisches Spritzen und thermisch gespritzte Schichten“Diese Verffentlichung wurde von

2、einer Gruppe erfahrener Fachleute in ehrenamtlicher Gemeinschaftsarbeit erstellt und wird als eine wichtige Erkenntnisquelle zur Beachtung empfohlen. Der Anwender muss jeweils prfen, wie weit der Inhalt auf seinen speziellen Fall anwendbar und ob die ihm vorliegende Fassung noch gltig ist. Eine Haft

3、ung des DVS und derjenigen, die an der Ausarbeitung beteiligt waren, ist ausgeschlossen.DVS DEUTSCHER VERBANDFR SCHWEISSEN UNDVERWANDTE VERFAHREN E.V.Bezug: DVS Media GmbH, Postfach 10 19 65, 40010 Dsseldorf, Telefon (02 11) 15 91- 0, Telefax (02 11) 15 91- 150Ersetzt Ausgabe Januar 2008Inhalt:1 Gel

4、tungsbereich2 Einleitung3 Entschichtungsmechanismen4 Sicherheit und Umweltschutz5 Entschichtungsverfahren5.1 Chemische und elektrochemische Verfahren5.1.1 Chemisch5.1.2 Elektrochemisch5.1.3 Salzschmelzen5.1.4 Einsatz in der Praxis5.2 Mechanische Verfahren5.2.1 Spanen mit geometrisch bestimmter Schne

5、ide5.2.2 Spanen mit geometrisch unbestimmter Schneide5.2.3 Hydromechanische Verfahren5.3 Thermische Verfahren5.3.1 Sonderverfahren6 Anwendungsgebiete7 Abtragverfahren im Vergleich7.1 Abtragleistungen7.1.1 Trockeneis-Laserstrahl-Verfahren7.1.2 Wasser- und Wasserabrasivstrahlverfahren7.1.3 Abrasivstra

6、hlen7.1.4 Schleifen7.1.5 Chemischer Abtrag7.2 Bewertung der Verfahren8 Schrifttum1 GeltungsbereichDas Merkblatt enthlt Informationen ber Verfahren zum Ent-schichten von thermisch gespritzten Schichten und gibt Empfeh-lungen zur fachgerechten Auswahl eines geeigneten Verfahrens.2 EinleitungBeim Abtra

7、gen thermisch gespritzter Schichten sind die Flle Entschichten, lokales Entschichten und teilweises Abtragen zu unterscheiden. Entschichten bezeichnet die vollstndige Entfer-nung des Schichtwerkstoffs von einem Bauteil, lokales Ent-schichten ist die rtlich begrenzte Entfernung der Schicht bis auf de

8、n Substratwerkstoff und teilweises Abtragen bezeichnet das Entfernen von Teilen der Schicht, ohne dass der Substratwerk-stoff (Grundwerkstoff) freigelegt wird.Entschichten und Abtragen einer thermisch gespritzten Schicht sind hufig durchgefhrte Arbeitsschritte bei der Fertigung, Re-paratur und beim

9、Recycling beschichteter Bauteile. Bei der Fertigung wird die gespritzte Schicht durch teilweises Ab-tragen auf die geforderten Endmae gebracht. In einigen Fllen wird eine aufgetragene Schicht aus Funktionszwecken lokal ab-getragen. Dies kann eine konomisch interessante Alternative zum Maskieren der

10、Bereiche sein. Schlielich wird das Ent-schichten auch als Nacharbeit an Beschichtungen, die die ge-setzten Qualittsanforderungen nicht erfllen, durchgefhrt. Das Abtragen von Schichten zur Reparatur wird an Bauteilen mit hohem Materialwert und Fertigungsaufwand, durchgefhrt. Trieb-werksteile von Gast

11、urbinen, die mit Wrmedmm- und Ver-schleischutzschichten ausgestattet sind, werden zu Inspek-tionszwecken, oder weil die Schicht gealtert ist, entschichtet. Auf-grund der hohen Fertigungskosten vieler Komponenten, ist die Entfernung der schadhaften Beschichtung mit dem Ziel der Wie-derverwertung des

12、Bauteils konomisch sinnvoll. Eine Beschdi-gung des Grundwerkstoffs muss bei der Wiederverwendung der Bauteile vermieden werden.Das Trennen von Schicht und Grundwerkstoff durch Entschich-ten ermglicht fr das Recycling eine hherwertige Wiederver-wendung der Materialien, da Schichtwerkstoff und Substra

13、twerk-stoff sortenrein vorliegen.3 EntschichtungsmechanismenZum Abtrag einer Schicht muss der Zusammenhalt zwischen der Schicht und dem Substrat oder innerhalb der Schicht berwundenwerden. Die Krfte zum Entfernen der Schicht knnen mittels unter-schiedlicher physikalischer Mechanismen aufgebracht wer

14、den.Ziel ist eine teilweise oder vollstndige, unter Umstnden auch lokal begrenzte Entfernung der Schicht, ohne Beschdigung des Substrats. Um sicher zu stellen, dass das Substrat nicht besch-digt wird, darf der Mechanismus des gewhlten Entschichtungs-verfahrens nur die Schicht angreifen und nicht das

15、 Substrat. Ist dieser Fall gegeben wird von einem selektiven Entschichtungs-mechanismus gesprochen. Damit ein Entschichtungsmechanis-mus selektiv wirken kann, mssen bedeutende Unterschiede in den physikalischen Eigenschaften zwischen Schicht und Sub-strat vorliegen. Es ist jedoch nicht immer erforde

16、rlich und ko-nomisch sinnvoll, einen selektiven Mechanismus zum Abtragen einer Schicht einzusetzen.Die physikalischen Mechanismen, die beim Entfernen von Schichten genutzt werden, lassen sich in drei Klassen einteilen: Tabelle 1. Unterteilung der Wirkmechanismen fr Abtragverfahren.Entschichtungstech

17、niken fr thermisch gespritzte SchichtenMai 2015MerkblattDVS 2316B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Seite 2 zu DVS 2316chemisch und elektrochemisch:Chemische Entschichtungsmechanismen basieren auf ei

18、ner Re-aktion mit der Schicht, hufig einer Oxidation. Um eine Beschdi-gung des Substrates zu vermeiden, mssen die Eigenschaften der eingesetzten Substanzen przise ausgewhlt werden. mechanisch:Mechanische Mechanismen lassen sich unterteilen in spanabhe-bende Techniken und Aufpralltechniken. Whrend di

19、e spanabhe-benden Verfahren mit einer Schneide das Material abheben, wird bei den Aufpralltechniken durch das stumpfe Auftreffen eines Partikels oder eines Strahls der Schichtzusammenhalt zerstrt und die Schicht entfernt.thermisch:Thermische Mechanismen knnen in wrmeeinbringende und wrmeentziehende

20、(kltetechnische oder kryogene) Prozesse unterteilt werden. Ziel ist die Nutzung von Spannungen, hervor-gerufen durch abweichende Wrmeausdehnung oder tempera-turabhngige nderungen der Materialeigenschaften wie etwa der Kaltversprdung. Wrme kann eingesetzt werden, um eine chemische Reaktion zu beschle

21、unigen, die Schicht zu schw-chen, zu schmelzen oder zu verdampfen, dabei ist zu beachten, dass auch eine Schdigung des Substrates mglich ist.Viele Entschichtungstechniken kombinieren mehrere der ge-nannten Mechanismen. Abrasivstrahl-Techniken etwa wirken auch ber den Aufprallmechanismus. Je bedeuten

22、der die Unter-schiede in den genutzten physikalischen Eigenschaften der Werkstoffe von Schicht und Substrat sind, um so einfacher kann eine selektive Entschichtung erreicht werden.Bei den typischen Anwendungen thermisch gespritzter Schichten handelt es sich um metallische, keramische und metallisch-

23、kera-mische Werkstoffe auf metallischen Substraten. Da die physikali-schen Eigenschaften von Metallen untereinander oft in der sel-ben Grenordnung liegen, ist ein selektives Abtragen metalli-scher Schichten von metallischem Substrat oft schwierig.Besonderheiten in den Eigenschaften thermisch gesprit

24、zter Schichten erleichtern jedoch einen selektiven Abtrag. Diese Be-sonderheiten sind: lamellare Struktur der thermisch gespritzten Schicht, teilweises Auftreten von Mikrorissen, initiiert bei der Erstarrung der Spritzpartikel, Porositten der Schicht von je nach Spritzverfahren bis zu 15% Vol., hete

25、rogener Aufbau der Schicht, anisotroper Aufbau der Schicht.Dadurch sind die Bindungskrfte innerhalb der Schicht oder zwischen Schicht und Substrat bei vielen Spritzverfahren um mehrere Zehnerpotenzen kleiner als innerhalb des metallischen Substrats und erlauben daher fr einige Verfahren den selektiv

26、en Abtrag der Schicht ohne eine Beschdigung des Substrates.4 Sicherheit und UmweltschutzFr die im folgenden beschriebenen Verfahren sind die allgemei-nen und spezifischen BG- bzw. Unfallverhtungsvorschriften (UVV) 1 zu beachten. Gerade im Bereich der handgefhrten Verfahren sind die spezifischen Schu

27、tzmanahmen fr den Be-diener von hoher Bedeutung. Dazu zhlen z. B. der Schutz ge-gen Lrm und Aerosolemissionen. Im Hinblick auf die Aerosole ist dabei zu beachten, dass beim Entschichten die entstehenden Partikelgren lungen- bzw. aveolengngig sein knnen und somit gerade bei gesundheitskritischen Schi

28、chtsystemen zu er-hhten Anforderungen an die Schutzausrstung fhren. Beim Umweltschutz stellen die zur Entsorgung anfallenden Mate-rialien einen bedeutenden Kostenfaktor dar. Je nach eingesetz-tem Verfahren fallen dabei neben den abgetragenen Schicht-werkstoffen auch Betriebsmittel an, deren Entsorgu

29、ngskosten vor allem im Bereich der chemischen Verfahren sehr hoch sein knnen. In diesem Bereich knnen Verfahren, die keine oder nur leicht recyclebare Feststoffe bzw. Flssigkeiten verwenden einen groen kologischen und damit auch konomischen Vorteil bie-ten.5 EntschichtungsverfahrenDie vorgestellten

30、Verfahren sind in Tabelle 2 mit ihren markan-testen Eigenschaften aufgelistet.Tabelle 2. bersicht der Abtragverfahren.5.1 Chemische und elektrochemische Verfahren5.1.1 ChemischDas Abtragprinzip der chemischen Verfahren (siehe DIN 8590-2, 2) beruht auf einer gezielten Reaktion mit dem Schichtwerkstof

31、f. Dabei wird eine Chemikalie ausgewhlt, die mit dem Schicht-werkstoff reagiert, wobei eine Reaktion mit dem Substratwerk-stoff nach Mglichkeit auszuschlieen ist. Die Wahl einer geeig-neten Substanz ist bei metallischen Schichten auf metallischem Substrat oft schwierig. Bei Substratwerkstoffen mit n

32、iedrigem Normalpotential wie etwa Aluminium, Magnesium, Zink oder Zinn, die alle ein negatives Normalpotential aufweisen, ist es schwierig geeignete Substanzen zu finden, die den Substrat-werkstoff nicht angreifen. Um die erneute Ablagerung des im Bad gelsten Schichtwerk-stoffes zu vermeiden, knnen

33、auf den Werkstoff abgestimmte Chelatbildner zugegeben werden 3.Die flssige Chemikalie kann auf das Werkstck aufgetragen werden, wobei die angegriffene Schicht und die entstehenden Schlmme dann durch abspachteln oder absplen entfernt wer-Verfahren Eigenschaftenchemische und elektrochemische Verfahren

34、chemischelektrochemischSalzschmelzengroe Verbreitung in der Praxisnahezu alle metallischen Werkstoffe, fr keramische Werkstoffe nur eingeschrnkte NutzungEntsorgungsproblematik fr die Abfallproduktemechanische VerfahrenSpanen mit geometrisch bestimmter Schneide: Drehen / Frsen Spanen mit geometrisch

35、unbestimmter Schneide: Schleifen Abrasivstrahlenhydromechanisch Wasserabrasivstrahlen Hochdruckwasserstrahleninsbesondere fr Teile mit planen und rotationssymmetri-schen Flchen weit verbreitetan harten Schichten starker Werkzeugverschleigroe Verbreitung in der Praxishohe Abtragleistungen kein selekt

36、iver Abtrag mglichsehr przise Verfahrenrelativ hohe InvestitionskostenEinsatz insbesondere fr groe Stckzahlenthermische VerfahrenLaserablationkryogene Verfahren Flssigstickstoff- Aufprallstrahlen Flssigstickstoffstrahlen Trockeneis- (Laser-)strahlenPrototypverfahrenteilweise noch geringe Abtrag-rate

37、n (Laserablation)zurzeit auf bestimmte Schicht-systeme beschrnkt (insbeson-dere keramische Werkstoffe)B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Seite 3 zu DVS2316den. Bei vielen Schichten sind mehrere Wied

38、erholungen notwen-dig, um eine vollstndige Entfernung zu erreichen. Zur abschlie-enden Reinigung werden die Bauteile hufig mit Wasser abge-splt.Alternativ kann das gesamte Bauteil in die flssige Lsung ge-taucht werden, wo nach der Entschichtung die Schicht als Reak-tionsprodukt gelst in der Chemikal

39、ie vorliegt. Das Bad wird bei Temperaturen zwischen Umgebungstemperatur und bis zu 90C betrieben. Da die gewhlte Substanz oft auch das Substrat an-greift, kann die Maskierung unbeschichteter Bereiche erforderlich sein.5.1.2 ElektrochemischBeim elektrochemischen Abtrag (siehe DIN 8590-3, 2) elekt-ris

40、ch leitender Beschichtungen wird eine feste Spannung zwischendem Bauteil als Elektrode (Anode) und der im Bad platzierten Gegenelektrode (Kathode) angelegt. Das Bauteil muss aufge-spannt werden, um den elektrischen Kontakt herzustellen. Die Reaktionsgeschwindigkeit ist erhht, der Anlagenaufwand jedo

41、ch grer als bei den rein chemischen Verfahren. Der abgetragene Schichtwerkstoff wird an der Kathode abgeschieden. Die Tempe-raturen des Bads beim elektrochemischen Entschichten liegen zwischen Umgebungstemperatur und einigen hundert Grad Celsius.Eine bersicht ber chemische Entschichtungsverfahren na

42、ch Schichtwerkstoff und Substratwerkstoff mit Hinweisen zur Durch-fhrung wird von Hirsch und Rosenstein 3 gegeben.5.1.3 SalzschmelzenIn einem Salzschmelzebad wird das Bauteil in eine 60C bis 800C warme Salzschmelze getaucht. Die eingesetzten Salze werden nach den zu bearbeitenden Werkstoffen ausgesu

43、cht. Durch hohe Reaktionsgeschwindigkeiten knnen niedrige Bear-beitungszeiten erreicht werden. Nur wenige Metalle, darunter Platin, Niob und Tantal, werden von Salzschmelzen im allgemei-nen nicht angegriffen, das Verfahren ist daher wenig selektiv, das Substrat wird angegriffen, die Maskierung unbes

44、chichteter Berei-che ist in der Regel erforderlich.5.1.4 Einsatz in der PraxisDie Bearbeitungszeiten fr chemische Verfahren variieren stark in Abhngigkeit der zu entfernenden Materialien, Schichtdicken und der gewhlten Chemikalien. Allgemeingltig kann gesagt werden, dass bei Anwendung des Salzschmel

45、zebads mit Ver-weilzeiten des Werkstcks im Bad hinab bis zu einigen Sekun-den die krzesten Prozesszeiten erreicht werden und bei Anwen-dung der kaltchemischen Verfahren mit Zeiten bis zu mehreren Tagen die lngsten Prozesszeiten vorliegen.Beim Einsatz von Entschichtungschemikalien knnen organische Dm

46、pfe und Schlmme, die Reaktionsprodukte enthalten, ent-stehen. Diese Produkte stellen zum einen ein Gefahrenpotential fr das Personal dar und sind zum anderen problematische und zumeist teure Abflle in der Entsorgung. Suren und Basen wer-den blicherweise vor der Entsorgung neutralisiert. Je nach Anla

47、-ge und eingesetzten Chemikalien kann die Verwendbarkeit der Bder zwischen wenigen Einstzen bis zu einigen Jahren betra-gen. Durch die Kosten zur Entsorgung der Abflle knnen die chemischen Verfahren, die sich im allgemeinen durch niedrige Investitionskosten auszeichnen, ihren wirtschaftlichen Vortei

48、l ver-lieren. Das chemische Abtragen keramischer Schichten ohne Beschdigung des Substrates ist nur in wenigen Fllen mglich. Dennoch sind die chemischen Verfahren zum Abtragen ther-misch gespritzter Schichten nach dem aktuellen Stand weit ver-breitet, insbesondere in Unternehmen die Bauteile in groen

49、 Stckzahlen entschichten.5.2 Mechanische VerfahrenDie mechanischen Verfahren lassen sich in spanabhebende Ver-fahren mit geometrisch bestimmter Schneide, in spanabhebende Verfahren mit geometrisch unbestimmter Schneide und in Ver-fahren nach dem Aufprallmechanismus unterteilen.5.2.1 Spanen mit geometrisch bestimmter SchneideBeim Spanen wird das Werks