Simulation des Drei-Kathoden-Brenners zur Homogenisierung von thermisch gespritzten Keramikschichten

• Applicant: Professorin Dr.-Ing. Kirsten Bobzin
• Subject Area: Production Automation and Assembly Technology
• Term: from 2007 to 2016
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 39420375

• Final Report Year: 2016

Final Report Abstract

In der ersten Förderphase des Projektes wurde am Beispiel eines Drei-Kathoden-Systems der TriplexProTM-200 ein numerisches Modell zur Beschreibung des Plasmaverhaltens im Plasmagenerator erzeugt. Das Modell ermöglichte bedingt durch vorgenommene Modellvereinfachungen die Berechnung des Prozesses mit niedrigen Gasgeschwindigkeiten. Berechnet wurden die Temperatur- und Geschwindigkeitsprofile am Düsenausgang des Generators für unterschiedliche Prozessparameter, insbesondere für niedrigere volumetrische Gasflussmengen (φ < 80 SLPM). Des Weiteren wurde ein erstes Modell zur Beschreibung der Interaktion zwischen den Pulverpartikeln und dem Plasmastrahl erstellt. In der zweiten Förderperiode des Projektes wurde der Fokus zum einen auf den Einfluss der relevanten numerischen Aspekte und Modellannahmen auf die numerischen Ergebnisse und zum anderen auf den Erkenntnisgewinn aus den mittels den entwickelten Modellen durchgeführten Parameterstudien gesetzt. Die Vorhersagefähigkeit der numerischen Modelle wurde in Bezug auf die zugrunde liegenden Modellannahmen und numerischen Aspekte intensiv überprüft. Durch Entwicklung neuer numerischer Ansätze und des anschließend durchgeführten Vergleichs mit den experimentellen Ergebnissen wurde eine hohe Vorhersagefähigkeit der Modelle unter Beweis gestellt. Des Weiteren wurde gezeigt, dass den Gültigkeitsbereichen der Modelle nahezu das gesamte Prozessfenster der relevanten Parameter entspricht. Darauffolgend war den Antragstellern möglich, umfangreiche Parameterstudien durchzuführen, um die Zusammenhänge zwischen eingestellten Prozessparametern, Prozesscharakteristiken und Schichteigenschaften, basierend auf einem intensiven Daten- und Erkenntnisaustausch zwischen den Projektpartnern, zu analysieren.

Publications

• "Homogenization of coating properties in atmospheric plasma spraying: technical objectives and first results of a DFG funded research group", Proceedings ITSC: International Thermal Spray Conference, June 2nd-4th, 2008, Maastricht, The Netherlands, DVS Media GmbH, DVS-Berichte 252, s. 153-158 (2008) [ISBN 978-3-87155-979-2]
  K. Bobzin, N. Bagcivan, I. Petkovic, F.-W. Bach, K. Möhwald, K. Hartz, J. Schein, K. Landes, S. Zimmermann
  
• „Homogenization of coating properties in atmospheric plasma spraying : new results of DFG (German Research Foundation) - funded research group”, Proceedings ITSC: International Thermal Spray Conference; May 4th-7th, 2009, Las Vegas, USA, ASM International – Materials Park, Ohio, s. 762-767 (2009) [ISBN- 13: 978-1-61503-004-0]
  K. Bobzin, N. Bagcivan, D. Parkot, I. Petkovic, F.-W. Bach, J. Schein, K. Möhwald, J. Prehm, G. Forster, S. Zimmermann, J. Marques, K. Hartz
  
• “Homogenization of coating properties in atmospheric plasma spraying – current results of a DFG (German Research Foundation)-funded research”, Proceedings ITSC: International Thermal Spray Conference, May 3rd-5th, 2010, Singapore, DVS Media GmbH, DVS-Berichte 264, s. 548-553 (2010) [ISBN 978-3-87155-590-9]
  K. Bobzin, N. Bagcivan, I. Petkovi , J. Schein, K. Landes, G. Foster, K. Hartz-Behrend, S. Kirner, J-L. Marques, S. Zimmermann, F-W. Bach, K. Möhwald, J. Prehm, und L. Xin
  
• "Modelling and diagnostics of multiple cathodes plasma torch system for plasma spraying”, Frontiers of Mechanical Engineering, 6(3), s 324-331 (2011)
  K. Bobzin, N. Bagcivan, L. Zhao, I. Petkovic, J. Schein, K. Hartz-Behrend, S. Kirner, J-L. Marqués, G. Forter
  
• "Numerical and Experimental Determination of Plasma Temperature during Air Plasma Spraying with a Multiple Cathodes Torch", Journal of materials processing technology, 211(10), s. 1620-1628 (2011)
  K. Bobzin, N. Bagcivan, I. Petkovic
  
• “Homogenization of Coating Properties in Atmospheric Plasma Spraying – Results and Outlook of a DFG (German Research Foundation)-Funded Research Group”, Proceedings ITSC: International Thermal Spray Conference, September 27th-29th, Hamburg, Germany, DVS Media GmbH, DVS-Berichte 276, s. 633-639 (2011) [ISBN 978-3-87155-268-7]
  K. Bobzin, T. Schläfer, I. Petkovic, K. Hartz-Behrend, K. Landes, G. Forster, S. Kirner, J. -L Marques, S. Zimmermann, J. Schein, J. Prehm, L. Xin, M. Erne, K. Möhwald, F.-W. Bach
  
• „Modellierung und Simulation von Plasmastrahl und Partikeleigenschaften bei einem Drei-Kathoden-Plasmagenerator“, Proceedings WTK: 14. Werkstofftechnischen Kolloquium, 01.-02. September 2011, Chemnitz, Germany, [Ed.] Wielage, B.; Schriftenreihe Werkstoffe und werkstofftechnische Anwendungen, Bd. 43, s. 92- 100 (2011) [ISSN 1439-1597]
  K. Bobzin, T. Schläfer, T. Warda, I. Petkovic
  
• ”Improvement of Coating Properties in Three-Cathode Athmospheric Plasma Spraying”, Journal of Thermal Spray Technology, 22(4), s. 503-508 (2013) reprint: Proceedings ITSC: International Thermal Spray Conference; May 21st -24th , 2012, Houston, USA, ASM International – Materials Park, Ohio, s. 867-872 (2012)
  K. Bobzin, N. Kopp, T. Warda, I. Petkovic, S. Zimmermann, K. Hartz-Behrend, K. Landes, G. Foster, S. Kirner, J.-L. Marqués, J. Schein, J.Prehm, K. Möhwald, Fr.-W. Bach
  
• "A Numerical Investigation: Influence of the Operating Gas on the Flow Characteristics of a Three-Cathode Air Plasma Spraying System", Proceedings ITSC: International Thermal Spray Conference; May 13th-15th, 2013, Busan, Repbulic of Korea, ASM International – Materials Park, Ohio, s. 400-405 (2013) [ISBN 13: 978-1-62708-021-7]
  K. Bobzin, N. Kopp, T. Warda, M. P. Schäfer, M. Öte
  
• „Particle In-Flight and Coating Properties of Fe-Based Feedstock Materials Sprayed with Modern Thermal Spray Systems“, Journal of Thermal Spray Technology, 22(2/3), s. 363-370 (2013) reprint: Proceedings ITSC: International Thermal Spray Conference; May 21st-24th, 2012, Houston, USA, ASM International – Materials Park, Ohio, s. 880-885 (2012) [ISBN 978- 1632666796]
  K. Bobzin, N. Kopp, T. Warda, I. Petkovic, M. Schaefer, K. Landes, G. Forster, S. Zimmermann, J.-L- Marques, S. Kirner, M. Kauffeldt, J. Schein
  
• “A Numerical Investigation: Air Plasma Spraying by means of a Three-Cathode Spraying Torch”, Thermal spray bulletin, 8(2), s. 118-125 (2015) reprint: Proceedings ITSC 2015: International Thermal Spray Conference (ITSC 2015) , May 11th – 14th, 2015, s. 217-221, Long Beach, Kalifornien, USA (2015)
  K. Bobzin, M. Öte
  
• “Modelling Multi-arc Spraying systems”, Journal of Thermal Spray Technology (2016)
  K. Bobzin, M. Öte