Fachwörter-Lexikon
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Stahl, Einteilung nach dem Verwendungszweck
Stähle können nach verschiedenen Gesichtspunkten eingeteilt werden. Die wichtigsten Einteilungsmöglichkeiten erfolgen nach den Hauptgüteklassen (DIN EN 10020) in unlegierte Stähle (unlegierte Qualitäts- und Edelstähle), nieder legierte Stähle (legierte Qualitäts- und Edelstähle) und hochlegierte Stähle (z. B. nichtrostende Stähle). In Bezug auf die Güteklassen Grund-, Qualitäts- und Edelstähle spielen die Anforderungen an ihre Gebrauchseigenschaften eine entscheidende Rolle.
Bei den Grund- oder Massenstähle können deren Festigkeitseigenschaften nicht durch eine Wärmebehandlung sichergestellt werden. Das Bezeichnungssystem nach DIN EN 10027-1 verwendet ein Hauptsymbol zur Bestimmung des Verwendungszwecks und die Angabe der Mindestfestigkeit (z. B. Streckgrenze).
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
Haftung von Metallschichten
Die Haftung von galvanische Schichten hängt stark von der Reinheit und der Mikrostruktur der Substratoberfläche ab. Zur Erzielung einer guten Haftfestigkeit muss die Oberflächen frei von organischen Stoffen (Öle, Fette, Wachse, Lacke) und anorganischen Metallverbindungen (vor allem Metalloxide oder Phosphatierungen) sein. Mikrorauheiten der Oberfläche (wie sie zum Beispiel durch einen leichten chemischen Angriff durch Säuren erzeugt werden) fördern die Haftfestigkeiten von metallischen Schichten auf dem Untergrund. Galvanische Schichtungen werden in der Regel nach einer Vorreinigung zur Entfernung von Ölen und Fetten sowie eine kurzen Beizbehandlung aufgebracht. Zur Erzielung einer guten Haftung muss die Zusammensetzung des Grundmaterials und dessen Behandlung bis zur Beschichtung möglichst umfassend offengelegt werden.