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Oxidschichten

20.07.2018

Werden Kreiselpumpen zur Förderung von mit Feststoff beladenen Flüssigkeiten eingesetzt werden, ergeben sich stark veränderte Anforderungen an die Pumpen und ihre Einzelkomponenten. Neue Technologien zur Beschichtung und Herstellung der Pumpenbauteile, sowie neue Werkstoffe finden hier ihre Anwendung. Je nach Fördermedium tritt Verschleiß durch Korrosion, Abrasion oder Kavitation auf. Insbesondere sind Schäden durch Teillast und Überlast der Pumpen bis zur Zerstörung der Bauteile infolge von Kavitation zu beobachten (Abb. 1). Sehr oft kommt es aber auch zu Schäden durch Überlagerung von Korrosion und Kavitation.

Abb. 1: Bronze-Laufrad, geschädigt durch Kavitation

Abb. 2: Lochfrass an einer Pumpenwelle

 

Schäden treten langfristig an nahezu allen Bauteilen auf: Laufrad, Spiralgehäuse, Kugellager, Welle (u.a. Lochfrass) Gleitringdichtung und Motor. Bei Gleitringdichtungen entstehen Schäden durch falschen Betrieb oder durch falsche Auswahl der Materialien, z.B. bei einer undichten Gleitringdichtung in Form von Lochfrass. Beim Einsatz eines Rührwerks im Lebensmittelbereich (Abb. 2) kam es durch einen chemischen Zersetzungsprozess (Gärung) zu Lochfrass-Korrosion, da das Fördermedium sauer wurde. 

Zur Verschleißreduzierung und Effizienzsteigerung werden Pumpen mit Beschichtungen versehen, durch die zudem eine Energie- und Materialeinsparung durch eine längere Lebensdauer erzielt wird. Die Standzeit kann bei Förderungen abrasiver Medien, je nach Anwendung, durchaus verfünffacht werden (Plasmanitrieren oder Diamantbeschichten). Kunststoff-Spezialbeschichtungen auf Metallguss ergeben Korrosionsschutz und Wirkungsgradsteigerungen durch glatte Oberflächen. Je nach Pumpen-Typ erhöht sich der Wirkungsgrad um 5 % bis 9 % (ETFE). 

Edelstahlteile können durch Aufbringen von Oxidschichten eine erhöhte Korrosionsbeständigkeit erhalten. Nichtrostender Stahl zeichnet sich durch einen hohen Anteil an Chrom (ca. 10 %) aus. Im Allgemeinen bildet sich durch diesen hohen Chromanteil eine schützende Passivschicht aus Chromoxid an der Werkstoffoberfläche aus. Für sehr korrosive Umgebungen (z. B. in Salzwasser) reicht diese Passivschicht allerdings nicht aus. In einem F&E-Projekt wurde eine kombinierte Beschichtungstechnologie entwickelt, mit der sich Edelstahl mittlerer Qualität gegen Salzwasser und vergleichbare Elektrolyte hochresistent und langzeittauglich behandeln lässt. Die neue Kombinationsbeschichtung eignet sich sowohl für großflächige als auch kleine, geometrisch komplexe Formteile. Durch die Kombination mehrerer Schichten wird erreicht, dass Einzeldefekte sind immer nur auf eine Schicht beschränken und im Verbundsystem unkritisch bleiben. 

Durch die Kombinationsbeschichtung kann die Korrosionsklasse lm2 erfüllt werden. Bei der Korrosionsklasse Im2 (Stahlwasserbau), die im Korrosionsschutz auch als die anspruchsvollste gilt, sind Anwendungen in ständig salzhaltiger Atmosphäre oder entsprechenden korrosiven Flüssigkeiten enthalten. Verschiedene Oxidschichten wurden getestet. Je nach Anwendung und optischen Anforderungen, können diese auf die Edelstahl-Oberfläche aufgebracht werden. Auftragsbezogen werden diese dann ausgewählt.

Autor: M. Eng. Dipl.-Ing. (FH) Thomas Merkle, Schmalenberger GmbH und Co. KG