SB_15.501NLP

2.2 Ausgangssituation
Im Bereich des Verschleiß- und Korrosionsschutzes wird heute industriell eine Vielzahl an
Schichtsystemen erfolgreich eingesetzt. Dazu gehören unter anderem galvanische Beschichtungen
(etwa galvanisches Hartchrom) und thermisch gespritzte Schichtsysteme (Metalllegierungen,
Metallmatrix-Verbundwerkstoffe, Keramiken) [z.B. Bol06, Bol08, Wan06]. Dabei
haben beide Technologien je nach Anwendungsfall sowohl ihre Vor- als auch ihre Nachteile.
Im Bereich der Thermischen Spritztechnik mit ihrem enorm großen Werkstoff- und Verfahrensportfolio
besteht ein hohes Potential zur weiteren Verbesserung der Schichtsysteme.
Vor allem thermisch gespritzten Fe-Basis-Werkstoffen wird ein hohes Potential unter
ökonomischer und ökologischer Hinsicht zugesprochen [DVS07]. Dies liegt zum einen an
neuentwickelten Fe-Basis-Werkstoffen [Sch09], zum anderen an den bereits erwähnten
Weiterentwicklungen der thermischen Beschichtungssysteme. Vor dem Beschichten werden
die Bauteile im Allgemeinen durch Korundstrahlen aufgeraut und aktiviert sowie mit Alkohol
von Fettrückständen gereinigt. Im Anschluss an den Beschichtungsprozess folgt (zumeist)
eine mechanische Nach-/Endbearbeitung mittels Zerspanens und/oder Schleifens, da die
Beschichtungen im as-sprayed-Zustand die Anforderungen bestimmter Applikationen an
Maßgenauigkeit und Oberflächenrauheit nicht erfüllen können. Dies ist bspw. bei dem in
diesem Projekt als Demonstratorbauteil betrachteten Farbduktor der Fall (vgl. Kapitel 3.2.1).
Aus diesem Grunde müssen Spritzschichten mit einem zusätzlichen Übermaß gespritzt
werden, das u.a. stark von der verwendeten Pulverfraktionierung beeinflusst wird. Bei feinen
Pulvern (etwa -15+5 µm) kann dieses Übermaß, bedingt durch niedrigere Oberflächenrauigkeiten,
geringer gewählt werden als z.B. bei Pulvern mit einer Fraktionierung von
-53+20 µm. Dieser zusätzliche Beschichtungsaufwand wirkt sich zusammen mit der
notwendigen Nachbearbeitung negativ auf die wirtschaftliche Prozesseffizienz aus. Einen
Sonderfall im Bezug auf die Prozesskette stellen eingeschmolzene Beschichtungen dar.
Diese Beschichtungen werden nach dem Spritzprozess in einem zusätzlichen Prozessschritt
eingeschmolzen und zeichnen sich durch außergewöhnlich hohe Haftzugfestigkeiten,
geringe und geschlossene Porosität sowie eine deutlich reduzierte Oberflächenrauheit aus
und eignen sich besonders gut für den Korrosionsschutz. Für diese Beschichtungen kommen
in der Regel selbstfließende Legierungen auf Ni-Basis zum Einsatz. Zusätzlich werden
selbstfließende Legierungen auf Co-Basis verwendet. Der Einsatz dieser Beschichtungen
wird jedoch durch die erforderliche Wärmebehandlung (ca. 900-1000 °C) des Bauteils nach
dem Beschichten eingeschränkt.
2.3 Stand der Forschung/Technik
In den vergangenen 20 Jahren nahm der Anteil des Hochgeschwindigkeitsflammspritzens
(HVOF) bei der Herstellung von Verschleiß- und Korrosionsschutzschichten stetig zu. HVOFgespritzte
Beschichtungen zeichnen sich durch hohe Haftzugfestigkeiten, geringe
Porositäten und geringe Oxidverunreinigungen aus. Heutige HVOF-Beschichtungen mit
konventionellen Pulverfraktionen (z.B. -53+20 µm) weisen in der Regel Oberflächenrauigkeiten
zwischen 3 µm und 6 µm (Ra) auf. Mittels Plasmaspritzens können hoch
schmelzende Werkstoffe verarbeitet werden. Bei diesem Verfahren gibt es eine Entwicklung
hin zu Mehrelektrodensystemen (z.B. 3-Kathoden-APS TriplexPro-200, Sulzer Metco,
Hattersheim, Deutschland). Diese ermöglichen im Vergleich zu den 1-Elektrodenpaar-
Systemen einen stabileren Beschichtungsprozess mit höheren Partikelgeschwindigkeiten.