THERMISCHES SPRITZEN

Prozesscharakteristik:                       High-End-Prozess

Prozesstemperatur:                            heiß

Prozessgeschwindigkeit:                   langsam

Verarbeitbare Zusatzwerkstoffe:       Pulver (Metalle/Karbide/Oxide)

Prozessgase:                                       Argon, Wasserstoff, Helium, Stickstoff

Beim Plasmaspritzen wird der pulverförmige Spritzzusatz in oder außerhalb der Spritzpistole durch einen Plasmastrahl geschmolzen und auf die Werkstückoberfläche geschleudert. Das Plasma wird durch einen Lichtbogen erzeugt, der gebündelt in Argon, Helium, Stickstoff, Wasserstoff oder in deren Gemischen brennt. Die Gase werden dabei dissoziiert und ionisiert, sie erreichen hohe Ausströmgeschwindigkeiten und geben bei der Rekombination ihre Wärmeenergie an die Spritzpartikel ab.

Der Lichtbogen ist nicht übertragend, d.h. er brennt innerhalb der Spritzpistole zwischen einer zentrisch angeordneten Elektrode (Kathode) und der die Anode bildenden wassergekühlten Spritzdüse. Das Verfahren wird in normaler Atmosphäre, im Schutzgasstrom, d.h. inerter Atmosphäre (z.B. Argon), im Vakuum und unter Wasser angewendet. Durch einen speziell geformten Düsenaufsatz lässt sich auch ein Hochgeschwindigkeitsplasma erzeugen.

Einsatzgebiete sind u.a. Luft- und Raumfahrt (z.B. Turbinenschaufeln und Einlaufflächen), Medizintechnik (Implantate), Wärmedämmschichten.

Prozesscharakteristik:                       High-End-Prozess

Prozesstemperatur:                            heiß

Prozessgeschwindigkeit:                   langsam

Verarbeitbare Zusatzwerkstoffe:       Pulver (Metalle/Karbide)

Prozessgase:                                       Argon, Wasserstoff, Helium, Stickstoff

Plasmaspritzprozesse werden in der Regel bei Normalatmosphäre betrieben und in dieser Variante als Atmosphärisches Plasmaspritzen (APS) bezeichnet. Darüber hinaus kann das Verfahren bei der Verarbeitung oxidationskritischer Werkstoffe auch in einer Vakuumkammer als Vakuum- (VPS) bzw. Niederdruckplasmaspritzen (LPPS: Low Pressure Plasma Spraying) eingesetzt werden. Beim Vakuumplasmaspritzen wird die Vakuumkammer zunächst bis auf ca. 10-2 mbar besser noch 10-3 mbar zur Entfernung von Restgasverunreinigungen evakuiert. Anschließend wird der Druck in einen Bereich von ca. 20 bis 800 mbar durch Einführung eines Inertgases erhöht. Beim Spritzen wird der Kammerdruck durch ein Pumpensystem konstant gehalten.

Diese Verfahrensgruppe ermöglicht einerseits die Verarbeitung extrem sauerstoff- bzw. stickstoffaffiner Werkstoffe (Refraktärmetalle, MCrAIY-Legierungen) unter weitestgehender Vermeidung von Oxidationsvorgängen und damit hoher Phasenstabilität sowie Reinheit. Andererseits ist das Herstellen sehr porenarmer Beschichtungen mit hoher Haftfestigkeit möglich. Dies resultiert aus der niederdruckbedingten höheren Partikelgeschwindigkeit sowie den Möglichkeiten zur Bauteilreinigung und –vorwärmung oder auch Zuschalten während des Spritzens mittels sogenannten übertragenem Lichtbogen. Dazu wird eine weitere Spannungsquelle zwischen Plasmadüse und potentialfreier Bauteilaufnahme geschaltet. Durch entsprechendes Umpolen erzielt man den Reinigungs-, Vorwärm- oder Leistungsbooster Effekt.

Darüber hinaus läßt sich der Spritzprozess auf einen Bereich von unter 1mbar absenken. Voraussetzung hierfür ist ein ausreichenddimensionierter Pumpenstand. Bei etwa 1000A entsteht dann aus dem Spritzstrahl eine regelrechte Plasmawolke. Man spricht dann von dem sogenannten Thin-Film Prozess. Jedoch können jetzt nur noch feinste Pulverpartikel im Bereich < 5 µm verarbeitet werden.

Einsatzgebiete sind das Herstellen sehr porenarmer Beschichtungen mit hoher Haftfestigkeit (z.B. zum Beschichten von Gasturbinenschaufeln)

Prozesscharakteristik:                       High-End-Prozess

Prozesstemperatur:                            heiß

Prozessgeschwindigkeit:                   langsam

Verarbeitbare Zusatzwerkstoffe:       Metalle/Karbide

Prozessgase:                                       Propan, Propen, Ethylen, Acetylen, Wasserstoff

Beim Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen erfolgt eine kontinuierliche Gasverbrennung mit hohen Drücken innerhalb einer Brennkammer, in deren zentraler Achse der pulverförmige Spritzzusatz zugeführt wird. Der in der Brennkammer erzeugte hohe Druck des Brenngas-Sauerstoff-Gemisches und der meist nachgeordneten Expansionsdüse erzeugen die gewünschte hohe Strömungsgeschwindigkeit im Gasstrahl. Dadurch werden die Spritzpartikel auf die hohen Partikelgeschwindigkeiten beschleunigt, die zu enorm dichten Spritzschichten mit ausgezeichneten Hafteigenschaften führen. Durch die ausreichende, aber moderate Temperatureinbringung wird durch den Spritzprozeß der Spritzzusatzwerkstoff nur gering metallurgisch verändert, z.B. minimale Bildung von Mischkarbiden. Bei diesem Verfahren werden extrem dünne Schichten mit hoher Maßgenauigkeit erzeugt.

Einsatzgebiete sind Gleitflächen von Dampfbügeleisen, Walzen für die Fotoindustrie, Teile für petrochemische und chemische Maschinen, z. B. Pumpen, Schieber, Kugelventile, mechanische Dichtungen, usw.

Kostengünstiger Einsteigerprozess

Prozesstemperatur:                            heiß

Prozessgeschwindigkeit:                   langsam

Verarbeitbare Zusatzwerkstoffe:       Metalle/Karbide

Prozessgase:                                      Acetylen, Stickstoff, Druckluft

Beim Draht- oder Stabflammspritzen wird der Spritzzusatzwerkstoff im Zentrum einer Acetylen-Sauerstoff-Flamme kontinuierlich aufgeschmolzen.

Mit Hilfe eines Zerstäubergases, z. B. Druckluft oder Stickstoff, werden aus dem Schmelzbereich die tröpfchenförmigen Spritzpartikel abgelöst und auf die vorbereitete Werkstückoberfläche geschleudert. 

Das Flammspritzen mit Draht ist ein verbreitetes Verfahren mit einem sehr hohen Spritzschichtqualitätsstandard.

Einsatzgebiete sind z.B. Schaltgabeln, Synchronringen oder Kolbenringe in der Automobilindustrie (mit Molybdän).

Kostengünstiger Einsteigerprozess

Prozesstemperatur:                            heiß

Prozessgeschwindigkeit:                   langsam

Verarbeitbare Zusatzwerkstoffe:       Metalle/Karbide

Prozessgase:                                      Acetylen, Sauerstoff, Stickstoff, Argon

Beim Pulverflammspritzen wird der pulverförmige Spritzzusatz in einer Acetylen-Sauerstoff-Flamme an- oder aufgeschmolzen und mit Hilfe der expandierenden Verbrennungsgase auf die vorbereitete Werkstückoberfläche geschleudert.

Falls erforderlich, kann zur Beschleunigung der Pulverteilchen auch noch ein zusätzliches Gas (z.B. Argon oder Stickstoff) verwendet werden. Die Vielfalt der Spritzzusatzwerkstoffe ist bei den Pulvern mit weit über 150 Materialien sehr weit gefächert.

Bei den Pulvern unterscheidet man selbstfließende und selbsthaftende Pulver. Die selbstfließenden Pulver benötigen meist zusätzlich eine thermische Nachbehandlung. Dieses "Einschmelzen" erfolgt überwiegend mit den dafür hervorragend geeigneten Acetylen-Sauerstoff-Brennern.

Durch den thermischen Prozess wird die Haftung von Spritzschicht auf dem Grundwerkstoff erheblich gesteigert; die Spritzschicht wird gas- und flüssigkeitsdicht.

Einsatzgebiete sind z. B. Wellenschonbuchsen, Rollgangsrollen, Lagersitze, Ventilatoren, Rotoren von Extruderschnecken, etc.

Kostengünstiger Prozess für robuste Beschichtungen

Prozesscharakteristik:                       Kostengünstiger Prozess 

Prozesstemperatur:                            heiß

Prozessgeschwindigkeit:                   schnell

Verarbeitbare Zusatzwerkstoffe:       Metallischer Draht

Prozessgase:                                       Stickstoff, Argon, Druckluft

Beim Lichtbogenspritzen werden zwei drahtförmige Spritzzusätze gleicher oder unterschiedlicher Art in einem Lichtbogen abgeschmolzen und mittels Zerstäubergas, z.B. Druckluft, auf die vorbereitete Werkstückoberfläche geschleudert. Das Lichtbogenspritzen ist ein leistungsstarkes Drahtspritzverfahren, bei dem aber nur elektrisch leitende Materialien verspritzt werden können.

Bei der Verwendung von Stickstoff oder Argon als Zerstäubergas wird eine Oxidation der Materialien weitgehend unterbunden.

Einsatzgebiete sind z.B. großflächiges Beschichten von Behältern, Korrosionsschutz, etc.

Spezial-Anwendung für die Innenbeschichtung rotationssymmetrischer Bauteile

Prozesscharakteristik:                       High-End-Prozess

Prozesstemperatur:                            heiß

Prozessgeschwindigkeit:                   langsam

Verarbeitbare Zusatzwerkstoffe:       Metallischer Draht

Prozessgase:                                       Argon, Wasserstoff, Luft, Stickstoff

Mittels Hochspannungszündung wird ein elektrischer Lichtbogen mit Stromstärken im Bereich von 60 bis 150 A generiert. Der Drahtspritzwerkstoff wird durch einen elektrischen Lichtbogen und das Argon/Wasserstoffplasma aufgeschmolzen.

Das schmelzflüssige Drahtende wird mittels Druckluft zerstäubt und als schmelzflüssige Partikel in Richtung des Substrates beschleunigt. Dies führt in der Folge beim Aufprall auf die vorbehandelte, aufgeraute Zylinderoberfläche zu einem lamellaren Schichtaufbau mit definierter Porosität.

Wirtschaftliches Erzeugen von Zylinderlaufflächen in Aluminium-Zylinderkurbelgehäusen im großindustriellen Einsatz und im Reparaturbereich; Beschichtung rotationssymmetrischer Bauteile, wie Innenwandungen von Rohren (bisher realisierte Durchmesser: 65 - 250 mm)