Fachwörter-Lexikon

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Thermische Spritzschichten

Durch thermisches Spritzen lassen sich dicke und besonders harte Beschichtungen auf nahezu jedem beliebigen Grundwerkstoff herstellen. Als Schichtwerkstoff kommen alle Materialien in Betracht, die bevorzugt in Form von Pulver verfügbar sind. Grundgedanke beim thermischen Spritzen ist, einen Werkstoff in einem Gasstrom zu erhitzen oder aufzuschmelzen und in diesem Zustand auf eine Werkstückoberfläche mittels kinetischer Energie zu fixieren. Da der Zustand der aufzutragenden Partikel zähflüssig oder teigig ist, bleiben diese auf der Oberfläche haften und führen im günstigen Fall zu einer mechanischen Verzahnung. Das Verfahren zeichnet sich durch eine hohe Auftragsgeschwindigkeit (je nach Fläche einig 10 µm bis 100 µm pro Minute) und eine gute Haftung auf dem Grundmaterial aus. Das Auftragen von Metallen wurde bereits vor mehr als 100 Jahren in Form des sogenannten Schoopens (Auftrag von Zink) entwickelt. Heute werden bevorzugt harte Schichten mittels der verschiedenen Varianten des thermisches Spritzens hergestellte. Dabei kommen vor allem harte und sehr beständige Metalloxide, -nitride und -carbide zum Einsatz, die in Dicken von deutlich mehr als 100 µm mit keinem anderen Verfahren aufgetragen werden können.

Aufbau zum thermischen Spritzen / Bildquelle: OTTI

Spritzschicht / Bildquelle: B. Rüther

Die Schichten sind durch eine mehr oder weniger starke Porenstruktur gekennzeichnet. Diese können unter Umständen als Reservoir für Schmiermittel dienen, wodurch beispielsweise die Verwendung als Gleit- und Reibschicht profitiert. Dichtere Schichten von Aluminiumoxid, Titannitrid und -carbid, Chromoxid, Yttriumoxid, Lanthanoxid oder Zirkonoxid, um nur einige wenige der verwendeten Verbindungen zu nennen, stellen sowohl eine guten Korrosions- als auch Verschleißschutz dar. Für das Aufheizen und Beschleunigen der Partikel zwischen Spritzdüse und Werkstückoberflächen stehen verschiedene Möglichkeiten zur Auswahl wie Brenngas oder Plasmaheizung; die Benennung der Verfahren richtet sich in der Regel nach der Art der Erhitzung beziehungsweise nach der Art der Zufuhr des verspritzten Materials: beispielsweise Flammspritzen, Kaltgasspritzen, Plasmaspritzen, Lichtbogenspritzen, Drahtspritzen, Mehrdrahtlichtbogenspritzen mit Fülldrähten, Hochgeschwindigkeitsflammspritzen. Die Auswahl der Verfahren richtet sich nach den zu erzielenden Eigenschaften der Schichten beziehungsweise den zu verarbeitenden Stoffen. Am einfachsten realisierbar ist die Beschichtung von rotationssymmetrischen Werkstücken, wobei mit Hilfe von Abdeckungen auch partielle Beschichtungen möglich sind. Das Kaltgasspritzen erlaubt auch die Beschichtung von temperaturempfindlichen Kunststoffen.

Lichtbogengespritzte Schicht auf Kunststoff / Bildquelle: S. Grund

Sinterschmieden

Sinterteile aus legierten Stahlpulvern (Vorformen) werden in einem Schmiedewerkzeug in ihre Endform gebracht. Vorteil zu vergossenen Teilen:  ein feineres und nach allen Richtungen weitgehend gleichmäßiges Gefüges und gleichmäßige Verteilung der Legierungselemente bei einem Porenraum unter 1 % besserert die mechanische Eigenschaften.

Kupfer-Nickel-Legierungen (Nickelbronze)

Durch Legieren mit Nickel (bis zu 44 %) wird die Korrosionsbeständigkeit erheblich verbessert (auch gegenüber Meerwasser). Diese kann noch durch zusätzliches Legieren mit Eisen und Mangan erhöht werden. Mit zunehmendem Nickelgehalt steigt außerdem die Festigkeit des Werkstoffes. Die gute Warmfestigkeit ermöglicht zudem einen Einsatz bis 350 °C. Der elektrischer Widerstand der Legierung ist wenig von der Temperatur abhängig und macht sie deshalb für Anwendungen in der Elektrotechnik interessant.

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