Hochratesynthese von Hartstoffschichten auf Siliciumbasis - Qucosa ...

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2. Stand der Forschung
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und ein weiterer, sogenannter übertragener Lichtbogen, zwischen der Stiftkathode und dem zu
beschichtenden Bauteil. Während über den übertragenen Lichtbogen das Aufschmelzen des
Grundwerkstoffs gesteuert wird, dient der Pilotlichtbogen zum definierten Vorwärmen des
pulverförmigen Zusatzwerkstoffs, bevor dieser in den Plamastrahl des übertragenen Lichtbogens
eintritt. Durch das Aufschmelzen des Grundwerkstoffs wird eine metallurgische Anbindung
der Beschichtung erreicht, wobei die Aufmischung zumeist weniger als 10% beträgt.
Das Verfahren zeichnet sich durch gute Automatisierbarkeit, Reproduzierbarkeit und hohe
Nahtgüten aus. Eine Standardanwendung des Verfahrens besteht im Beschichten von Ventiltellern
mit Kobalthartlegierungen (Stellite).
Das Plasmaheißdrahtauftragschweißen eignet sich für das Beschichten großflächiger Bauteile
mit Abschmelzraten von bis zu 30 kg/h. Dabei wird der drahtförmige Zusatzwerkstoff mittels
einer Wechselstromquelle durch Widerstandserwärmung vorgeheizt. Somit kann dieser im
Plasmastrahl wesentlich schneller abgeschmolzen werden. Das Verfahren erlaubt geringe
Aufmischungsgrade und zeichnet sich durch einen gleichmäßigen Einbrand sowie ebene
Oberflächen aus, so dass in der Regel nur ein geringer Nachbearbeitungsbedarf besteht. Auch
das Plasma-MIG-Auftragschweißen, das eine Kombination aus MIG- und Plasmaschweißen
darstellt, benötigt zwei getrennte Stromquellen. Eine Quelle generiert den Plasmastrahl, die
andere den MIG Lichtbogen. Die MIG Elektrode wird koaxial durch die Kathode des Plasmabrenners
geführt. Der wesentliche Nachteil der beiden letztgenannten Verfahren besteht in
den relativ hohen Investitionskosten.
Eine der ältesten Anwendungen thermischer Plasmen in der Oberflächentechnik ist das Thermische
Spritzen. Thermische Spritzverfahren nutzen Flammen, Lichtbögen oder thermische
Plasmastrahlen, um Ausgangsmaterialien vom festen Aggregatzustand als Draht oder Pulver
in den schmelzflüssigen oder zumindest teigigen Zustand zu überführen. Die Partikel werden
in dem Gasstrom der Flamme oder des Plasmas beziehungsweise in einem zusätzlich aufgebrachten
Gasstrom im Falle des Lichtbogenspritzens auf die Oberfläche eines Bauteils
beschleunigt (Abbildung 3). Dort bilden die Partikel sukzessiv eine Schicht, deren Porosität
und Haftung am Grundwerkstoff vom eingesetzten Verfahren und den damit erreichbaren
Partikelgeschwindigkeiten und -temperaturen abhängt.
Die Plasmaspritzverfahren lassen sich anhand der Umgebung, in der der Prozess ausgeführt
wird, unterscheiden. Neben dem atmosphärischen Plasmaspritzen (APS) existieren Varianten,
die in inerten Unterdruckumgebungen (Low Pressure Plasma Spraying - LPPS, Vakuumplasmaspritzen
- VPS) ausgeführt werden. Schließlich werden auch Atmosphären spezieller Gaszusammensetzungen,
die definierte Reaktionen mit den Spritzpartikeln ermöglichen, bei