Thermisches Spritzen

Die Verfahren des Thermischen Spritzens (klassiert in den Normen EN 657 und ISO 14917) bieten innerhalb der modernen Oberflächentechnologien vielfältige Anwendungsmöglichkeiten. Bauteile aus verschiedenen Grundwerkstoffen lassen sich zum Schutz z.B. gegen Verschleiss und Korrosion mit Schichten aus hochschmelzenden Metallen oder Keramiken versehen. Andererseits lassen sich auf thermisch stark belastete Bauteile thermisch leitende oder Wärme isolierende Schichten auftragen. Nahezu alle Beschichtungswerkstoffe, die in Pulver- oder Drahtform herstellbar sind, können so verarbeitet werden.

Die Beschichtungswerkstoffe werden beim Thermischen Spritzen einer energiereichen Wärmequelle (Brenngas-Sauerstoff-Flammen, Lichtbogen oder Plasmen aus Edelgasen wie Argon, Wasserstoff, Stickstoff, Helium) zugeführt und aufgeschmolzen. Die an- oder aufgeschmolzenen Partikel werden dabei in Richtung des Werkstücks beschleunigt und prallen dort mit hoher Geschwindigkeit (40–600 m/s) auf. Nach der Wärmeübertragung an den Grundwerkstoff erstarren sie und bilden lageweise eine Schicht. Durch ein wiederholtes Überfahren mit dem Brenner wird die gewünschte Dicke erreicht.

Thermisches Spritzen

Grundwerkstoffe

Nahezu alle Grundwerkstoffe können beschichtet werden, seien es Metalle, Keramiken, Kunststoffe, Faserverbunde oder Naturstoffe wie Stein, Holz usw. Dadurch bietet Thermisches Spritzen eine grosse Flexibilität an Grund- und Beschichtungswerkstoff-Kombinationen.

beschichtete Grundwerkstoffe

Schichtdicke

Optimale Schichtdicken, die je nach Anwendungsfall stark variieren können, sind Voraussetzung für gute Resultate im Einsatz. Je nach Werkstoff und verwendetem Verfahren können Schichtdicken von einigen 10 μm bis mehreren Millimetern erreicht werden. Bei verschlissenen Teilen, an welchen die Gesamtschichtstärke nicht frei bestimmt werden kann, können zunächst Aufbauschichten aufgebracht werden.

Metallographie

Bauteiltemperatur

Werkstücke werden während des Beschichtens in der Regel höchstens 150°C warm, und ihre Oberflächentemperatur wird überwacht. Veränderungen im Grundmaterial sind mit Ausnahme von selbst fliessenden Legierungen, die bei Temperaturen von über 1000°C nachträglich um- und eingeschmolzen werden, weitgehend ausgeschlossen.

Bauteiltemperatur bei NovaSwiss

Nachbearbeitung

Der rationellen Nachbearbeitung der Spritzschichten und der geforderten Oberflächengüte muss mindestens ebenso grosse Bedeutung beigemessen werden wie der optimalen Werkstoffwahl und Qualität. Die Nova Werke verfügen dazu über modernste Einrichtungen zum Drehen, Schleifen, Läppen, Honen und Polieren.

Nachbearbeitung der Spritzschichten

Qualitätssicherung

Thermisches Spritzen ist nicht nur Vertrauenssache, sondern basiert auf einem konsequent umgesetzten Qualitätsbewusstsein auf vier Ebenen; der 4M-Regel: Material, Maschine, Mensch und Messung/Prüfung. Für eine umfassende Qualitätsüberwachung verfügen die Nova Werke über moderne Prüfmittel zur dreidimensionalen Toleranzüberwachung sowie über ein Metallographie-Labor, wo neben Mikroschliffen, Härtemessungen und Haftfestigkeitstests auch Rauheitsmessungen mit Rauprofilaufzeichnung durchgeführt werden können. Die QS-Massnahmen werden jeweils bei Auftragserteilung auf der Grundlage einschlägiger Normen mit dem Kunden abgestimmt.

Qualitätssicherung

Thermisches Spritzen bei Nova Swiss®

Welches Verfahren eingesetzt wird, hängt vom konkreten Anwendungsfall ab. Wirtschaftlichkeitsüberlegungen spielen dabei immer eine wichtige Rolle.

  Gastemperatur [°C] Partikelgeschw. [m/s] Haftzugfestigkeit [MPa] Porosität [Vol.-%]
Lichtbogenspritzen­ 4’000 100 10-15 10
Flamm­spritzen 3’100 40 10 10-15
Hoch­geschwindigkeits­-Flammspritzen 3’100 800 > 70 1-2
Plasma­spritzen 15’000 200 > 50 2-5

Beschichtungswerkstoffe

Werkstoff
gruppen
Werkstoff Schmelztemp.
[°C]
Vickers-Härte
[HV 0,3]*
Typische Merkmale Anwendungsgebiete
Reine
Metalle
Aluminium / Al 660 80 Weich Korrosionsschutz
gegen Industrie- und Seewasseratmosphäre
  Kupfer / Cu 1080 120 Gute Wärme- und elektrische Leitfähigkeiten Gleitflächen allgemein. Kurbelwellen, Synchron- und Kolbenringe, Pumpen-Teile, Führungen, Dieselmotoren-Komponenten, Pass- und Presssitze, Vermeiden von Passungsrost
  Molybdän / Mo 2600 700 Gute Gleit- und Notlauf-eigenschaften, hart, zäh, guter Verschleisswider-stand, geeignet auch als Korrosionsschutz. Extrem dichte Schichten möglich, gute Druckfestigkeit Leitende Schichten,
z.B. auf Nichtleitern
  Zink / Zn 420 30 Niedrig schmelzend, guter Korrosionsschutz Korrosionsschutz wie Aluminium (oftmals auch als Al/Zn-Legierung), insbesondere für Brücken- und Krankonstruktionen sowie an Behältern usw.
  Wolfram / W 3400 300 Hochschmelzendes Element Elektrische Kontakte, Elektroden
Werkstoff
gruppen
Werkstoff Schmelztemp.
[°C]
Vickers-Härte
[HV 0,3]*
Typische Merkmale Anwendungsgebiete
Stähle Verschiedene Legierungen 1325 - 1536 160 - 600 Je nach Legierung: drehbar bis sehr hart, sehr reibverschleissfest, rost- und säurebeständig Allgemeine Reparaturen von stark verschlissenen Bauteilen
  NiCr-Legierung 1400 350 Korrosionsbeständig, sehr gute Haftung, temperaturbeständig. Grund- und
Zwischenschichten
  MCrAlY
M = Ni, Co, Fe,
1360 - 1410 400 - 500 Hochtemperatur- korrosionsbeständig Grund- und Haftschichten
  Stellite bis 1400 bis 700 Korrosionsbeständig, verschleissfest Verschleissschutz allgemein, Dampfturbinenteile
  Tribaloy
(Kobalt- oder Nickelbasis)
bis 1600 bis 650 Verschleiss- und korrosionsfest.
Gute Warmhärte
Reibverschleissschutz mit guten Gleiteigenschaften
Werkstoff
gruppen
Werkstoff Schmelztemp.
[°C]
Vickers-Härte
[HV 0,3]*
Typische Merkmale Anwendungsgebiete
Selbst-fliessende Legierungen NiCrBSi,
NiCoBSi,
CoCrNiMoBSi,
CoCrNiWBSi
1000 - 1100 bis 800 Hart, zäh, dicht, sehr verschleissfest.
Einschmelzen möglich. Gute Warmhärte
Verschleissschutz allgemein, insbesondere Ventilpanzerung. Auch als Korrosionsschutz im Einsatz. Eingeschmolzene Schichten sind absolut dicht
Werkstoff
gruppen
Werkstoff Schmelztemp.
[°C]
Vickers-Härte
[HV 0,3]*
Typische Merkmale Anwendungsgebiete
Nicht-Eisen-
Legierungen
Alu-Bronze 1060 210 Hart, zäh, druckfest, korrosionsfest, gute Notlaufeigenschaften Reibverschleissschutz
mit sehr guten Notlaufeigenschaften
  Nickel-Aluminium / NiAl 1400 230 Sehr dicht und gute Haftung, wärmeschock- und korrosionsbeständig Grund- oder Zwischenschichten.
Lagersitze
Werkstoff
gruppen
Werkstoff Schmelztemp.
[°C]
Vickers-Härte
[HV 0,3]*
Typische Merkmale Anwendungsgebiete
Keramiken AIuminiumoxid rein / Al2O3 2050 bis 1000 Sehr hart, abrasionsfest, jedoch relativ spröde, guter elektrischer Isolator Textilmaschinenteile, Elektro- und Wärmeisolationen, sehr verschleissbeständig, z.B. Einsatz als Mischerflügel
  Aluminiumoxid + Titanoxid /Al2O3 -TiO2 1900 850 Der Titanoxidanteil verbessert die Dichte, die Gleiteigenschaften
sowie die Polierbarkeit, ferner wird die Sprödigkeit reduziert, aber geringere Härtewerte erreicht
Gleitringdichtungen, Wellenschutzhülsen, Textilmaschinenteile, Hydraulikteile, Druckwalzen
  Chromoxid / Cr2O3 2435 1200 Ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit, hart, sehr abriebfest, sehr dichte, glatte Schichten Pumpenteile, Plunger, Wellenschutzhülsen, Dichtungssitze, Textil-maschinenteile
  Zirkonoxid / ZrO2
- Y2O3 stab.
- MgO stab.
- CaO stab.
bis 2680 bis 800 Wärmedämmschicht, schlecht benetzbar durch Metallschmelzen, elektrisch leitend bei hohen Temperaturen Giessmaschinenteile, Kokillen, Hochtemperaturdüsen, Brennkammern, Hochtemperatur-Heizelemente (>2’000oC)
Werkstoff
gruppen
Werkstoff Schmelztemp.
[°C]
Vickers-Härte
[HV 0,3]*
Typische Merkmale Anwendungsgebiete
Cerments Mischwerkstoffe
aus Keramik
und Metallen oder
Metalllegierungen
    Diese Werkstoffe sind in der Regel eine Kombination von zwei oder mehreren stark unterschiedlichen Komponenten. Sonderanwendungen
und geeignet auch als Zwischenschichten
  Wolframkarbid
+ Kobalt /
WC-Co
(bis 1500)* 1450 Hart, sehr reibverschleissfest, korrosions-, erosions-, wärmeschockbeständig. Sehr dichte Schichten, sehr gute Haftung Allgemeiner Verschleissschutz bei Abrasion und Erosion
  Wolframkarbid
+ Kobalt /
WC-CoCr
(bis 1500)* 1450 Eigenschaften siehe WC-Co-Schichten Korrosionsbeständig in wässrigen Lösungen
  Wolframkarbid
+ Nickel /
WC-Ni
(bis 1500)* 1450 Wie Wolframkarbid, zudem sehr verschleissbeständig bei korrosiven Medien und hohen Temperaturen Chemieanlagenteile, Auskleidungen,
hydraulische Ventile, Maschinen und Werkzeugteile aller Art. Idealer Verschleissschutz auf Aluminiumbauteilen
Werkstoff
gruppen
Werkstoff Schmelztemp.
[°C]
Vickers-Härte
[HV 0,3]*
Typische Merkmale Anwendungsgebiete
Pseudolegierungen Nickel-Graphit (bis 1450)* 44 Selbstschmierend dank freiem Graphit Gleitlager. Je nach Anwendung auch für Trockenlauf geeignet
  Keramik-Metall
Keramik-Kunststoff
Metall-Kunststoff
- - Keine homogene Legierung mehr, jedoch oftmals Eigenschaften der beiden Partner vereint Hart, Verschleissschutz (siehe «Cermets»), hart, nicht benetzend (Lebensmittel-/Drucktechnik), z.B. Al-Si-Polyester (Einlaufschichten)

[ ]* Die Angaben der Vickers-Härten [HV 0,3] sind Richtwerte der thermisch gespritzten Schichten.  

( )* Anstelle des Schmelzpunktes wird hier bei den Verbundwerkstoffen die Sintertemperatur angegeben.

Beschichtungswerkstoffe von NOVA SWISS®

Ansprechpartner

  • Dr. Stephan Siegmann (Manager Division Surface Technology / Sales, Member of the Executive Management)

    Dr. Stephan Siegmann
    Manager Division Surface Technology / Sales, Member of the Executive Management
    Tel: +41 52 354 16 07
    Fax: +41 52 354 16 91
    stephan.siegmann@novaswiss.com

  • Marco Schade (Chief Executive Officer)

    Marco Schade
    Chief Executive Officer
    Tel: +41 52 354 16 10
    Fax: +41 52 354 16 05
    marco.schade@novaswiss.com