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.

Grundwerkstoffe des thermischen Spritzens
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.

Schichtdicke der Beschichtung
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.

Bauteiltemperatur beim Beschichten
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.

Vor- und Nachbearbeitung aus einer Hand
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.

Qualitätssicherung bei Werkstoffen, Anlagen, Messmethoden (Normen) und Personal
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.

Thermische Spritzverfahren bei Nova Swiss:
Flammspritzen, Lichtbogen-Spritzen, Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen (HVOF) und Plasma-Spritzen (APS)
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 zum thermischen Spritzen und deren Einsatzmerkmale
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 | Leitende Schichten, z.B. auf Nichtleitern |
|
Molybdän / Mo | 2600 | 700 | Gute Gleit- und Notlaufeigenschaften, hart, zäh, guter Verschleisswiderstand, geeignet auch als Korrosionsschutz. Extrem dichte Schichten möglich, gute Druckfestigkeit | Gleitflächen allgemein. Kurbelwellen, Synchron- und Kolbenringe, Pumpen-Teile, Führungen, Dieselmotoren-Komponenten, Pass- und Presssitze, Vermeiden von Passungsrost | |
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- und 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-Chrom / 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 |
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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.
