Oberflächen-/Beschichtungstechnik Thermisches ... - Nova Werke AG
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<strong>Oberflächen</strong>-/<strong>Beschichtungstechnik</strong><br />
<strong>Oberflächen</strong>-/<strong>Beschichtungstechnik</strong><br />
<strong>Thermisches</strong> Spritzen<br />
www.novaswiss.com
<strong>Oberflächen</strong>-/<strong>Beschichtungstechnik</strong><br />
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<strong>Oberflächen</strong>-/<strong>Beschichtungstechnik</strong><br />
Die gesteigerte Lebensdauer bei Maschinen<br />
und Teilen sowie ökonomische und ökologische<br />
Aspekte zwingen die Industrie immer<br />
mehr, Oberfl ächeneigenschaften zu verbessern<br />
und weiterzuentwickeln. Mit den Verfahren<br />
des Thermischen Spritzens lassen sich ohne<br />
Veränderung des Grundwerkstoffs äusserst<br />
verschleiss- und korrosionsfeste Schichten<br />
nach Mass auftragen.
Das Thermische Spritzen<br />
Die Verfahren des Thermischen Spritzens<br />
(klassiert in den Normen EN 657 und ISO<br />
14917) bieten innerhalb der modernen Oberfl<br />
ächentechnologien vielfältige Anwendungsmöglichkeiten.<br />
Bauteile aus verschiedenen<br />
Grundwerkstoffen lassen sich zum Schutz z.B.<br />
gegen Verschleiss und Korrosion mit Schichten<br />
aus hochschmelzenden Metallen oder Keramiken<br />
versehen. Andererseits lassen sich auf<br />
thermisch stark belastete Bauteile thermisch<br />
leitende oder Wärme isolierende Schichten<br />
auftragen. Nahezu alle Beschichtungswerkstoffe,<br />
die in Pulver- oder Drahtform herstellbar<br />
sind, können so verarbeitet werden.<br />
Eine Aufl istung möglicher Werkstoffe gibt z.B.<br />
die Norm EN ISO 14919 oder die Tabelle auf<br />
den Seiten 10 und 11.<br />
Die Grundwerkstoffe<br />
Nahezu alle Grundwerkstoffe können beschichtet<br />
werden; seien es Metalle, Keramiken,<br />
Kunststoffe, Faserverbunde oder Naturstoffe<br />
wie Stein, Holz usw. Dadurch bietet das<br />
Thermische Spritzen eine grosse Flexibilität an<br />
Grund- und Beschichtungswerkstoff-Kombinationen.<br />
Die Beschichtungswerkstoffe werden beim<br />
Thermischen Spritzen einer energiereichen<br />
Wärmequelle (Brenngas-Sauerstoff-Flammen,<br />
Lichtbogen oder Plasmen aus Edelgasen<br />
wie Argon, Wasserstoff, Stickstoff, Helium)<br />
zugeführt und aufgeschmolzen. Die an- oder<br />
aufgeschmolzenen Partikel werden dabei in<br />
Richtung des Werkstücks beschleunigt und<br />
prallen dort mit hoher Geschwindigkeit<br />
(40–600 m/s) auf. Nach der Wärmeübertragung<br />
an den Grundwerkstoff erstarren sie<br />
und bilden lageweise eine Schicht. Durch ein<br />
wiederholtes Überfahren mit dem Brenner<br />
wird die gewünschte Dicke erreicht.<br />
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Die Vorbehandlung<br />
Um die Oberfl äche zu aktivieren und damit<br />
eine optimale Schichthaftung zu erreichen,<br />
werden Oberfl ächen üblicherweise durch<br />
Strahlen mit Korund aufgeraut. Die <strong>Nova</strong><br />
<strong>Werke</strong> verwenden dazu Edelkorunde<br />
(Aluminiumoxid Al2O3) in modernen Druckund<br />
Saugstrahlkabinen. Die Effi zienz dieser für<br />
die Schichthaftung wichtigen Vorbehandlung<br />
wird in Rauigkeitsprüfprotokollen festgehalten<br />
... denn Qualität lässt sich messen!
Die Schichtdicke<br />
Optimale Schichtdicken, die je nach Anwendungsfall<br />
stark variieren können, sind Voraussetzung<br />
für gute Resultate im Einsatz. Je<br />
nach Werkstoff und verwendetem Verfahren<br />
können Schichtdicken von einigen 10 µm bis<br />
mehreren Millimetern erreicht werden. Bei<br />
verschlissenen Teilen, an welchen die Gesamtschichtstärke<br />
nicht frei bestimmt werden kann,<br />
können zunächst Aufbauschichten gespritzt<br />
werden.<br />
Die Bauteiltemperatur<br />
Werkstücke werden während des Beschichtens<br />
in der Regel höchstens 150°C warm, und<br />
ihre Oberfl ächentemperatur wird überwacht.<br />
Veränderungen im Grundmaterial sind mit<br />
Ausnahme von selbstfl iessenden Legierungen,<br />
die bei Temperaturen von über 1000°C<br />
nachträglich um- und eingeschmolzen werden,<br />
weitgehend ausgeschlossen.<br />
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<strong>Oberflächen</strong>-/<strong>Beschichtungstechnik</strong><br />
Die Nachbearbeitung<br />
Der rationellen Nachbearbeitung der Spritzschichten<br />
und der geforderten Oberfl ächengüte<br />
muss mindestens ebenso grosse Bedeutung<br />
beigemessen werden wie der optimalen<br />
Werkstoffwahl und Qualität. Die <strong>Nova</strong> <strong>Werke</strong><br />
verfügen dazu über modernste Einrichtungen<br />
zum Drehen, Schleifen, Läppen, Honen und<br />
Polieren.
Metallographielabor zur Mikrostrukturuntersuchung<br />
Im hauseigenen, modern eingerichteten Metallographielabor<br />
kann die Schichtqualität direkt<br />
am Querschliff beurteilt werden. Denn die<br />
Schicht-Porositäten beispielsweise lassen sich<br />
je nach Werkstoffwahl und Spritzverfahren<br />
stark beeinfl ussen und an den Anwendungsfall<br />
anpassen. So ist im Falle von Wärmedämmoder<br />
Implantatschichten normalerweise eine<br />
relativ grosse, im Falle von Verschleiss- und<br />
Korrosionsschutz eine geringe Porosität<br />
Bildanalyse zur Ermittlung der Porosität in einer<br />
Wärmedämmschicht.<br />
Querschliff an Welle<br />
erwünscht. Mit den von den <strong>Nova</strong> <strong>Werke</strong>n<br />
verwendeten Beschichtungsanlagen sind<br />
Schichtporositäten von
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<strong>Oberflächen</strong>-/<strong>Beschichtungstechnik</strong><br />
Messung der Schichtfestigkeit im<br />
neuen Schertest EN 15340<br />
Vickers-Härteeindruck an<br />
Grenzfl äche zwischen Grund- und<br />
Hartmetallschicht<br />
Empa<br />
Die Schichthaftung<br />
Die Schichthaftung basiert im Wesentlichen<br />
auf der mechanischen Verklammerung fl üssiger<br />
Partikel, die auf die relativ kalte, aufgeraute<br />
Oberfl äche treffen und sich durch Wärmeübertragung<br />
an den Grundwerkstoff verfestigen.<br />
Unsere spezielle Beachtung gilt dabei<br />
der Schichthaftung: vor allem bei Bauteilen<br />
im Wärmeschockeinsatz, bei stark unterschiedlichen<br />
Wärmeausdehnungskoeffi zienten<br />
zwischen Grundmaterial und Beschichtung, bei<br />
porösem oder gehärtetem Grundmaterial usw.<br />
In solchen Fällen können zusätzlich besondere<br />
Haftgrundschichten sowie Zwischenschichten<br />
mit kontinuierlichem Übergang zur Deckschicht<br />
aufgetragen werden. Die Qualität der<br />
Schichthaftung lässt sich nach den Normen<br />
EN 582 / ISO 14916 «Haftzugfestigkeit» oder<br />
EN 15340 «Scher festigkeit» bestimmen ...<br />
denn Qualität lässt sich messen!<br />
Die Härte<br />
Die Schichthärte ist stets ein Abwägen<br />
zwischen der geforderten Verschleissfestigkeit<br />
einerseits und dem Aufwand und den<br />
Möglichkeiten der Nachbearbeitung für die<br />
notwendige Oberfl ächengüte andererseits. Die<br />
Messung der Härte ist wegen des heterogenen<br />
Schichtaufbaus schwierig. Für metallische<br />
Schichten kommen aufgrund der relativ<br />
grossen Prüfl ast, verbunden mit geringen<br />
Schichtdicken, die Härtemessverfahren nach<br />
Rockwell oder Brinell nicht in Frage. Anwendbar<br />
ist nur die Vickers-Kleinlasthärtemessung,<br />
die mit sehr kleinen Lasten und Eindrücken arbeitet,<br />
sodass starke Streuungen der einzelnen<br />
Messwerte, insbesondere bei Mischwerkstoffen<br />
oder stark porösen Schichten, entstehen<br />
können ... aber Qualität lässt sich messen!<br />
Die Qualitätssicherung<br />
<strong>Thermisches</strong> Spritzen ist nicht nur Vertrauenssache,<br />
sondern basiert auf einem konsequent<br />
umgesetzten Qualitätsbewusstsein auf vier<br />
Ebenen; der 4M-Regel: Material, Maschine,<br />
Mensch und Messung/Prüfung. Für eine<br />
umfassende Qualitätsüberwachung verfügen<br />
die <strong>Nova</strong> <strong>Werke</strong> über moderne Prüfmittel<br />
zur dreidimensionalen Toleranzüberwachung<br />
sowie über ein Metallographielabor, wo<br />
neben Mikroschliffen, Härtemessungen und<br />
Haftfestigkeitstests auch Rauheitsmessungen<br />
mit Rauprofi laufzeichnung durchgeführt<br />
werden können. Die QS-Massnahmen werden<br />
jeweils bei Auftragserteilung auf der Grundlage<br />
einschlägiger Normen mit dem Kunden<br />
abgestimmt.
<strong>Thermisches</strong> Spritzen NOVA SWISS®<br />
Welches Verfahren eingesetzt wird, hängt vom<br />
konkreten Anwendungsfall ab. Wirtschaftlichkeitsüberlegungen<br />
spielen dabei immer eine<br />
Rolle.<br />
Verfügbare Spritzverfahren<br />
Gastemperatur [°C] Partikelgeschw. [m/s] Haftzugfestigkeit [MPa] Porosität [Vol.-%]<br />
Lichtbogenspritzen 4000 100 10–15 10<br />
Flammspritzen 3100 40 10 10–15<br />
Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen 3100 800 > 70 1–2<br />
Plasmaspritzen 15 000 200 > 50 2–5<br />
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Werkstoff-Übersicht<br />
Werkstoffgruppen<br />
Reine<br />
Metalle<br />
Stähle Verschiedene<br />
Legierungen<br />
Selbstfl<br />
iessende<br />
Legierungen<br />
Nicht-Eisen-<br />
Legierungen<br />
Werkstoff Schmelztemp.<br />
[°C]<br />
Vickers-Härte<br />
(Richtwerte)*<br />
Typische Merkmale Anwendungsgebiete<br />
Aluminium / Al 660 44 HV Weich Korrosionsschutz an<br />
Maschinenteilen gegen<br />
Industrie- und Seeatmo -<br />
s phäre<br />
Kupfer / Cu 1080 55 HV Gute Wärme- und<br />
elektrische Leitfähigkeit<br />
Molybdän / Mo 2600 bis 1000 HV Gute Gleit- und Notlaufeigenschaften,<br />
hart, zäh, guter<br />
Verschleisswiderstand z.T. als<br />
Korrosionsschutz geeignet.<br />
Extrem dichte Schichten<br />
möglich, gute Druckfestigkeit<br />
Zink / Zn 420 25–40 HV Niedrig schmelzend, guter<br />
Korrosionsschutz<br />
Leitende Schichten, z.B. auf<br />
Nichtleitern<br />
Gleitfl ächen allgemein,<br />
Kurbelwellen, Synchron- und<br />
Kolbenringe, Führungen,<br />
Pumpenteile, Dieselmotorenteile,<br />
Pass- und Presssitze,<br />
Vermeiden von Passungsrost<br />
Korrosionsschutz wie<br />
Aluminium (oft auch als<br />
Al/Zn-Legierung), insbesondere<br />
für Brücken- und<br />
Krankonstruktionen sowie<br />
an Behältern usw.<br />
Wolfram / W 3400 800–1000 HV Hochschmelzendes Element Elektrische Kontakte,<br />
Elektroden<br />
1325–1500 160–600 HV Je nach Legierung: drehbar<br />
bis sehr hart, sehr reibverschleissfest,<br />
rost- und<br />
säurebeständig<br />
NiCr-Legierung 1400 250 HV Korrosionsbeständig, sehr<br />
gute Haftung, temperaturbeständig<br />
MCrAlY<br />
M = Ni, Co, Fe,<br />
1360–1410 400–500 HV Hochtemperatur-<br />
korrosionsbeständig<br />
Stellite bis 1400 bis 750 HV Korrosionsbeständig,<br />
verschleissfest<br />
Tribaloy<br />
(Kobalt- oder<br />
Nickelbasis)<br />
NiCrBSi,<br />
NiCoBSi,<br />
CoCrNiMoBSi,<br />
CoCrNiWBSi<br />
bis 1600 bis 650 HV Verschleiss- und<br />
korrosionsfest.<br />
Gute Warmhärte<br />
1000–1100 bis 800 HV Hart, zäh, dicht, sehr verschleissfest.<br />
Einschmelzen<br />
möglich. Gute Warmhärte<br />
Alu-Bronze 1060 210 HV Hart, zäh, druckfest,<br />
korrosionsfest, gute<br />
Notlaufeigenschaften<br />
Nickel-Aluminium /<br />
NiAl<br />
1400 230 HV Sehr dicht und gute<br />
Haftung, wärmeschock-<br />
und korrosions beständig<br />
Keramiken AI-Oxid rein / Al 2O 3 2050 bis 2600 HV Sehr hart, abrasionsfest,<br />
jedoch relativ spröde, guter<br />
elektrischer Isolator<br />
Al-Oxid / Al 2O 3<br />
+ 3% Titanoxid<br />
+ 12% Titanoxid<br />
+ 40% Titanoxid<br />
2000<br />
2000<br />
2000<br />
2400 HV<br />
2100 HV<br />
1600 HV<br />
Der Titanoxidanteil<br />
verbessert die Dichte, die<br />
Gleiteigenschaften sowie die<br />
Polierbarkeit, ferner weniger<br />
spröde, aber geringere Härte<br />
Chromoxid / Cr 2O 3 2330, 2450 2500 HV Ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit,<br />
hart, sehr<br />
abriebfest, sehr dichte, feine<br />
Schichten<br />
Allg. Reparaturen von<br />
verschlissenen Teilen<br />
Grund- und<br />
Zwischenschichten<br />
Grund- und Haftschichten<br />
Verschleissschutz allgemein,<br />
Dampfturbinenteile<br />
Reibverschleissschutz mit<br />
guten Gleiteigenschaften<br />
Verschleissschutz allgemein,<br />
insbesondere Ventilpanzerung,<br />
Korrosionsschutz. Verschmolzene<br />
Schichten sind absolut<br />
dicht<br />
Reibverschleissschutz mit<br />
guten Notlaufeigenschaften<br />
Grund- oder<br />
Zwischenschichten.<br />
Lagersitze<br />
Textilmaschinenteile,<br />
Elektro- und Wärmeisolationen,<br />
Mischerfl ügel<br />
Gleitringdichtungen,<br />
Wellenschutzhülsen, Textilmaschinenteile,<br />
Hydraulikteile,<br />
Druckwalzen<br />
Pumpenteile, Plunger, Wellenschutzhülsen,<br />
Dichtungssitze,<br />
Textilmaschinenteile
Keramiken Zirkonoxid / ZrO 2<br />
- Y 2O 3 stab.<br />
- MgO stab.<br />
- CaO stab.<br />
Cermets Mischwerkstoffe aus<br />
Keramik und Metallen<br />
oder Metallegierungen<br />
Wolframkarbid /<br />
WC<br />
+ 12% Kobalt<br />
Pseudolegierungen<br />
2700<br />
2500–2700<br />
2500–2700<br />
260–1400 HV<br />
500–1200 HV<br />
500–570 HV<br />
Allgem. Wärmeschutz, schlecht<br />
benetzbar durch Metallschmelzen,<br />
elektrisch leitend bei hohen Temperaturen<br />
(*) Die Richtwerte der Vickers-Härten HV von thermisch gespritzten Schichten sind typischerweise kleiner als diejenigen von vergleichbaren Vollwerkstoffen.<br />
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Giessmaschinenteile, Kokillen,<br />
Hochtemperaturdüsen,<br />
Brennkammern, Hochtemperatur-<br />
Heizelemente (>2000°C)<br />
Titankarbid / TiC 3200 2500–3200 HV Sehr hart und extrem abriebfest Sonderanwendungen<br />
Chromkarbid /<br />
Cr 3C 2<br />
+ 25% NiCr<br />
1490 bis 1300 HV<br />
Diese Werkstoffe sind in der Regel<br />
eine Kombination von zwei oder<br />
mehreren stark unterschiedlichen<br />
Komponenten. Grosse Vielfalt<br />
Hart, zäh, sehr reibverschleissfest,<br />
korrosions-, erosions-, wärmeschockbeständig.<br />
Sehr dichte Schichten, sehr<br />
gute Haftung<br />
1900 bis 1000 HV Wie Wolframkarbid, zudem sehr<br />
gute Warmfestigkeit<br />
Nickel-Graphit 1450 44 HV Selbstschmierend dank freiem<br />
Graphit<br />
Keramik-Metall<br />
Keramik-Kunststoff<br />
Metall-Kunststoff<br />
– – Keine homogene Legierung mehr,<br />
jedoch oft Eigenschaften der beiden<br />
Partner vereint<br />
Von den pulverförmigen Ausgangswerkstoffen zu den Schichten mit unterschiedlichen Oberfl ächenbearbeitungen.<br />
Sonderanwendungen und als<br />
Zwischenschichten<br />
Verschleissschutz<br />
allgemein<br />
Chemieanlagenteile, Auskleidungen,<br />
hydraulische Ventile, Maschinen und<br />
Werkzeugteile aller Art. Idealer Verschleissschutz<br />
auf Aluminiumteilen<br />
Gleitlager. Je nach Anwendung auch<br />
für Trockenlauf geeignet<br />
Hart, Verschleissschutz<br />
(siehe Cermets),<br />
hart, nicht benetzend<br />
(Lebensmittel-/Drucktechnik),<br />
z.B. Al-Si-Polyester (Einlaufschichten)<br />
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<strong>Oberflächen</strong>-/<strong>Beschichtungstechnik</strong><br />
Das Unternehmen<br />
Oberfl ächentechnik<br />
Armaturenrevision<br />
Hochdrucktechnik<br />
© Jan Will – Fotolia.com<br />
Dieselkomponenten<br />
Ein Unternehmen der<br />
www.mkholdingsa.com<br />
Die <strong>Nova</strong> <strong>Werke</strong> <strong>AG</strong> ist ein unabhängiges,<br />
weltweit tätiges Schweizer Technologieunternehmen<br />
mit Hauptsitz in Effretikon ZH<br />
und Tochtergesellschaften in Frankreich und<br />
Deutschland. Sie entwickelt und produziert<br />
unter der Qualitätsmarke NOVA SWISS®<br />
für anspruchsvolle Kunden System lösungen<br />
in den Bereichen<br />
Oberfl ächentechnik<br />
Armaturenrevision<br />
Hochdrucktechnik<br />
Dieselkomponenten<br />
Dabei erfüllen innovative Hightech-Komponenten<br />
und -Verfahren strengste<br />
Anforderungen an Qualität und Zuverlässigkeit.<br />
NOVA SWISS® ist die weltweit bekannte,<br />
eingetragene Marke der <strong>Nova</strong> <strong>Werke</strong> <strong>AG</strong>.<br />
Das Managementsystem<br />
Qualität ist für alle Produkte, Produktionsverfahren,<br />
Dienstleistungen, Abläufe und<br />
Prozesse von zentraler Bedeutung.<br />
Die <strong>Nova</strong> <strong>Werke</strong> <strong>AG</strong> ist ISO 9001:2000<br />
zertifi ziert und wird regelmässig rezertifi -<br />
ziert. Der kontinuier liche Verbesserungsprozess<br />
gehört als wesentlicher Bestandteil<br />
dieser Anforderungen zum gelebten<br />
Arbeitsalltag von Mitarbeitenden auf allen<br />
Stufen.<br />
<strong>Nova</strong> <strong>Werke</strong> <strong>AG</strong><br />
Vogelsangstrasse 24<br />
CH-8307 Effretikon / Schweiz<br />
Telefon +41 52 354 16 16<br />
Fax +41 52 354 16 90<br />
www.novaswiss.com<br />
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