Als Wirbelsintern wird ein häufig eingesetztes Verfahren zur Applikation einer Kunststoff-Beschichtung bezeichnet. Es dient vor allem dazu, Überzüge aus Kunststoff auf Metalloberflächen anzubringen.
Verwendete Kunststoffe für das Wirbelsintern
Man kann für dieses Verfahren fast alle fluidisierbaren und mikronisierbaren Polymere einsetzen. Die Korngröße muss dabei im Bereich von 50 bis 300 Mikrometern liegen.
Werkstoffe, die als Beschichtungspulver Anwendung finden, sind zum Beispiel PE, Epoxid, Polyamid, Polyester sowie Poly(ethylen-co-chlortrifluorethylen (ECTFE).
Funktionsweise Wirbelsintern
Um Werkstücke zu beschichten bringt man Kunststoffpulver mithilfe einer Wirbelschicht gleichmäßig auf eine zuvor erwärmte Metalloberfläche auf. Dabei wird der Kunststoff aufgeschmolzen und es entsteht eine dichte Überzugsschicht.
Zur Generierung der Wirbelschicht bläst man Luft von unten in eine trockene Schicht aus Kunststoffpulver. Diese Schicht befindet sich in einem Becken mit einem Siebboden. Mithilfe der eingeblasenen Luft hält man die Kunststoffteilchen in der Schwebe. Man muss dabei darauf achten, dass die Korngrößenverteilung möglichst dicht gehalten wird. Denn der Feinanteil wird aus der Wirbelschicht getragen während der Grobanteil nicht in der Schwebe gehalten werden kann.
Aufbau einer Maschine für das Wirbelsintern
Man wärmt die zu beschichtenden Metallteile in einem Ofen auf eine Temperatur vor, die etwa 100 bis 200 °C über dem Schmelzpunkt des aufzubringenden Kunststoffs liegt. Im Falle von ECTFE muss die Vorwärmtemperatur im Bereich von 350 bis 390 °C liegen.
Nun taucht man die solchermaßen vorgewärmten Teile unter Drehen in das sogenannte Wirbelbett. Sie verbleiben dort für eine vordefinierte Zeit (in der Regel 1 bis 3 Sekunden). Dabei schmilzt das aufgewirbelte Pulver an der vorgewärmten Oberfläche, solange deren Temperatur über der Schmelztemperatur liegt oder die Schmelztemperatur des verwendeten Polymers nicht unterschreitet. Das mit einer Kunststoff-Beschichtung zu versehende Teil kann also sooft eingetaucht werden, bis die angegebene Temperatur nicht mehr erreicht wird. Die Stärke der entstehenden Kunststoff-Beschichtung beim Wirbelsintern hängt von der Vorwärmtemperatur sowie von der Eintauchzeit ab.
Nachdem das Aufschmelzen des Polymers auf der erwärmten Metalloberfläche erfolgt ist, muss eine Abkühlung des Teils unter Drehen entweder auf einer Strecke oder in einem Becken erfolgen. Der Abkühlvorgang beeinflusst maßgeblich die Ausbildung der Oberfläche der Kunststoff-Beschichtung, sofern keine separate Nachbearbeitung erfolgt. Sofern das Pulver nicht vollständig ausgeschmolzen wurde, muss dies im Nachhinein in einem Ofen erfolgen. Nur so lässt sich eine zufriedenstellende Oberflächengüte erzielen.