Werkstoffe für thermische Beschichtungen - RHV Technik

Werkstoffe

Beschichtungen

Werkstoffe für thermische Beschichtungen.

Besondere Anforderungen erfordern vielfältige Lösungen.

Im Wesentlichen setzen wir auf diese Werkstoffe für thermische Beschichtungen.

Die Anforderungen an eine thermische Beschichtung können sehr unterschiedlich sein. Das gilt selbstverständlich auch für die Beschaffenheit des zu beschichtenden Ausgangsmaterials. Daher setzen wir bei der thermischen Beschichtung ganz unterschiedliche Werkstoffe ein.

Beschichtungswerkstoffe, die häufig zum Einsatz kommen, sind unterschiedliche Metalle (z. B. Chromstahl, Bronze, Nickel-Basislegierungen und viele weitere), Oxidkeramiken (Chromoxid, Zirkonoxid) oder Hartmetallbeschichtungen (z. B. Wolframcarbid und Chromcarbid).

Die üblichen Schichtdicken liegen in einem Bereich von 50 µm bis 500 µm, sie können jedoch, abhängig vom Beschichtungswerkstoff, auch mehrere Millimeter betragen. So vielfältig wie die Werkstoffpalette ist, die auf das beigestellte Bauteil aufgetragen werden kann, so vielfältig sind auch die Anwendungsgebiete des thermischen Beschichtens.

Das Anwendungsspektrum für thermische Oberflächenbeschichtung reicht von  Antriebswellen aus dem Maschinenbau, die mittels einer Chromoxidschicht verschleißfester gemacht werden, oder Lagerhülsen, die mit Bronze versehen bessere Gleiteigenschaften aufweisen, bis zum Korrosionsschutz vor Gasen und Feuchtigkeit. Aufgrund dieser Vielfalt zählen Firmen aus allen Industriebranchen zu den Kunden von rhv-Technik.

Keramiken

Überall da, wo hohe Verschleißfestigkeiten und Härten, chemische Beständigkeiten gegen Säure und Basen, hohe Temperaturbeständigkeit oder Eindämmung thermischer oder elektrischer Leitfähigkeit gefordert werden, sind Keramiken besonders gut geeignet. Keramische Schichten übertreffen zum Beispiel Hartchromschichten in Sachen Verschleißfestigkeit und Härte um ein Vielfaches. Wir verarbeiten unterschiedliche Keramik-Spritzwerkstoffe bei der Keramikbeschichtung:

  • Aluminium-Titandioxid (Al2O3TiO2)
  • Aluminiumoxid (Al2O3)
  • Zirkonoxid (ZrO2)

Überzeugende Eigenschaften wie zum Beispiel:

  • Verträglichkeit von Temperaturänderungen
  • enorm druckstabil
  • verwendbar im Vakuum oder in einer Umgebung mit verschiedenen Gasen
  • verhindert den sogenannten „Pick-up-Effekt“ auf Walzen oder Rollen
  • beständig gegen Reibung und Abrasion

Durch die Beschichtung mit Chromoxid-Keramik lässt sich die Lebensdauer von Maschinenteilen und Geräten deutlich erhöhen, was wiederum zur Senkung von Material und Bearbeitungskosten führt. Ein möglicher Einsatzbereich sind: Pumpen, im Speziellen deren Wellen, Gehäuse und Flügelräder. Die Keramikbeschichtung schützt vor Korrosion, Erosion und auch vor Verschleiß bei hohen Temperaturen. Ein weiteres Ziel ist die Schaffung einer elektrischen Isolierung.

Die Beschichtungen lassen sich auf nahezu jedes Trägermaterial aufbringen und weisen folgende Eigenschaften auf:

  • sehr hoher Schmelzpunkt bis ca. 500 °C
  • große Härte
  • Unempfindlichkeit gegenüber chemischen Einflüssen
  • gute Haftung und Elastizität
  • niedrige Ausdehnungskoeffizienten
Metalle

Metallische Werkstoffe werden beim thermischen Beschichten meistens in Drahtform verspritzt. Der Spritzwerkstoff kann als Massivdraht oder als Fülldraht verarbeitet werden und somit ist fast jede Werkstoffkombination möglich. Die gängigen Beschichtungsverfahren sind das Draht- oder Lichtbogenflammspritzen. Beim Lichtbogenverfahren können zwei metallische Werkstoffe kombiniert werden, die dann zu einer sogenannten Pseudolegierung verschmelzen. Der Vorteil dieser Vorgehensweise ist, dass zwei Eigenschaften in einer Schicht vereint werden können.

Werden Fülldrähte verwendet, können sogar karbidhaltige Werkstoffe als Draht verarbeitet werden. Besonders bei Reparaturen, Instandhaltungen oder Ausschussrettungen sind metallische Werkstoffe bestens geeignet und sehr empfehlenswert.

Diese Art Reparatur ist sehr wirtschaftlich und zudem können die Schichten, anders als bei den anderen Verfahren, bis zu mehreren Millimetern dick aufgespritzt werden.

Die Palette der spritzbaren Metalle ist so breit gefächert wie das mögliche Anwendungsspektrum der zu beschichtenden Bauteile. Hier eine Auswahl:

  • Wenn es um Korrosionsschutz geht, ist Zink ein Standard-Beschichtungswerkstoff. Bei Korrosionsangriffen durch Salz- oder Meerwasser ist Aluminium noch geeigneter.
  • Molybdän bietet eine hohe Beständigkeit gegen Reibverschleiß und bildet gleichzeitig durch die hohen Notlaufeigenschaften einen hervorragenden Schutz gegen Reib- oder Kaltverschweißung. Typische Anwendungsfälle sind z. B. Kolbenringbeschichtungen. Wenn die Molybdänschicht anschließend nicht mechanisch nachbearbeitet wird, ist eine Reibwerterhöhung gegeben.
  • Bei Gleitlagern sind Lagermetallbeschichtungen durch Bronze, Weißmetall oder Messing sehr gut geeignet.
  • Wenn der Grundwerkstoff vom Originalbauteil geringere Haftmöglichkeiten aufweist, kann mittels eines sogenannten Haftwerkstoffes, wie es bei Nickelaluminium der Fall ist, z. B. der Ausdehnungskoeffizient überbrückt werden.
  • Haben die Bauteile Kontakt mit chemisch aggressiven Medien, wie z.B. Wellen, Pumpenteilen oder Lagern, dann ist Hastelloy als Nickel-Chrom Molybdän-Legierung das Mittel der Wahl.
  • Bauteile, die aus einem relativ günstigen Grundwerkstoff gefertigt wurden, lassen sich also durch eine thermisch aufgetragene Hastelloy-Schicht veredeln. In diesen Fällen sind Bauteile erst nach dem Veredelungsprozess durch die thermische Beschichtung für die vorgesehene Anwendung geeignet.

Bauteile, die eigentlich aus 1.4404 gefertigt werden müssten, können aus kostengünstigerem Material hergestellt und dann mit 316L beschichtet werden. Insbesondere bei Reparaturen von Bauteilen aus nicht rostenden Stählen, die gut säure- und korrosionsbeständig sein müssen, kann dank des thermischen Spritzens eine Lösung gefunden werden.

Weitere metallische Werkstoffe können MIG35 sein, das sich durch einen Boranteil auszeichnet und somit eine hohe Härte erreicht.

Reparaturen können ebenso mit Chromstahl (13 % / 17 % / 19 %) oder Kohlenstoffstahl (ohne Chromanteil) durchgeführt werden. Die Schicht zeichnet sich durch eine hohe Härte aus, wie das z. B. bei Wellenlagersitzen erwünscht ist.

Hartmetalle

Karbidische Werkstoffe erweitern das Anwendungsspektrum in der Oberflächentechnik des thermischen Spritzens um ein Vielfaches. Aufgetragen werden Hartmetall-Werkstoffe mit dem Hochgeschwindigkeits-Flammspritzverfahren, auch HVOF (High Velocity Oxigen Fuel, kurz HVOF) genannt.

Karbide, Verbindungen aus Kohlenstoff und Metall, gibt es in vielen Kombinationen.

Wolframkarbid-CobaltChrom WC-CoCr und Chromkarbid-NickelChrom CrC-NiCr gehören zu den gängigen Hartmetallen im Bereich der thermischen Oberflächentechnik. Ebenso ist jede andere Kombination auf Nickel- oder Cobalt-Basis, was die sogenannte Matrix der Karbide darstellt, wie WC-Co oder WC-Ni, möglich.

Sogenannte MCrAlYs finden häufig ihren Einsatz, wenn Beständigkeit gegen Oxidation, Heißgas sowie Schwefelkorrosion gefordert ist, und stellen damit eine besonders korrosionsbeständige Haftschicht dar. Einsatztemperaturen bis 850 °C sind denkbar.

Hauptanwendungsfälle für Hartmetalle (Karbide) zur Oberflächenoptimierung:

  • Abrasion
  • Erosion
  • Korrosion
  • Gleitverschleiß

Vorteile von Karbidschichten:

  • sehr hohe Härte (bis zu 1600 Vickers HV0,3)
  • Temperaturbeständigkeit
  • geringe Porosität
  • Korrosionsbeständigkeit
  • temperaturbeständig bis 850 °C

Zudem sind thermisch gespritzte Hartmetallschichten eine optimale Alternative zu konventionellen Hartchrombeschichtungen. Insbesondere bei Förderschnecken oder Rotoren ist eine Wolfram- oder Chromkarbidbeschichtung ideal. Tritt durch das geförderte Medium verschleiß am Rotor auf, verhält sich die Karbidschicht, anders als die verchromte Schicht, schonend zum Stator.

Ein weiterer Vorteil bei Hartmetallschichte  ist die Variationsmöglichkeit der Oberflächenrauheit. Werden diese Schichten mechanisch nachbearbeitet, sind polierte Oberflächen herstellbar. Darüber hinaus können bei rhv-Technik Oberflächen „as sprayed“ dargestellt werden, um bestimmte Rauigkeiten zu erzeugen, wenn besondere Förderfunktionen von Medien zu erfüllen sind.

Selbstfließende Legierungen

Werkstoffe auf Ni-B-Si-Basis stellen die Gruppe der selbstfließenden Legierungen dar. Sellbstfließende Legierungen werden in der thermischen Oberflächentechnik mit dem Pulverflammspritzverfahren aufgetragen und anschließend eingeschmolzen.

Beim Einschmelzen wird die Schicht so verdichtet, dass man von Gasdichtheit sprechen kann und hier ein großer Anwendungsfall liegt. Die Schicht zeichnet sich zudem durch eine extrem hohe Verschleißfestigkeit aus, die sogar punkt- oder linienförmig belastet werden kann. Insbesondere beim Kontakt mit aggressiven Medien sind eingeschmolzene thermische Spritzschichten erste Wahl. 

Anders als bei den zuvor beschriebenen thermischen Spritzverfahren findet beim Einschmelzen eine Gefügeveränderung des Grundwerkstoffes statt, da dieser aufgeschmolzen wird, um mit der selbstfließenden Legierung eine stoffschlüssige Verbindung herzustellen.

Dem Spritzwerkstoff können unterschiedlichste Hartmetalle/Karbide beigemischt werden, die im eingeschmolzenen Zustand Schichthärten von über 60 HRC entwickeln.

Spezielle Entwicklungen für individuelle Anforderungen bei der thermischen Beschichtung.

Als erfahrene Spezialisten für Oberflächentechnik und thermische Beschichtungen entwickeln wir selbstverständlich auch Werkstoffkombinationen, die sich an den gestellten Anforderungen unserer Auftraggeber orientieren. Wo gängige Werkstoffe an ihre Grenzen stoßen, ermöglicht rhv-Technik neue Wege und Möglichkeiten. Wir verfügen über drei entscheidende Säulen zur Realisierung ganz besonderer Beschichtungslösungen.

Erstens bringen wir eine nahezu einzigartige Expertise im Bereich der Oberflächentechnik in jedes Projekt ein.

Zweitens sind unsere Labor- und Entwicklungsmitarbeiter gestandene Profis, die branchenübergreifend einen erstklassigen Ruf genießen, wenn es um individuelle thermische Beschichtungen geht.

Drittens verfügen wir inhouse nicht nur über eine leistungsfähige Produktion mit hoher Fertigungstiefe, sondern auch über ein erstklassiges Labor.

Besondere Entwicklungen für Sie und Ihre Anwendung sind jederzeit möglich.

Wir kombinieren verschiedene Werkstoffe und schaffen die Grundlage für ganz besondere Produkteigenschaften, die sich
an ihrem individuellen Anforderungsprofils orientieren.


Ihnen ist Qualität so wichtig wie uns? Sie haben zudem besonders hohe und individuelle Beschichtungsanforderungen?

Dann nehmen Sie jetzt mit einem Klick Kontakt zu uns auf.

Martin Dauner, Leiter F+E und Labor

 

 

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