Verschiedene Metallbeschichtungsverfahren im Überblick

Durch das Beschichten von Metall wird eine festhaftende Schicht aus formlosem Stoff auf die Oberfläche eines Werkstückes gebracht. Hierbei kann es sich sowohl um einzelne Schichten handeln als auch um mehrere zusammenhängende Schichten.

Metallbeschichtungen werden angewendet als

• Reparaturwerkstoff für verschlissene oder fehlerhafte Bauteile metallischer Grundwerkstoffe
• Schutz vor Verschleiß, Korrosion und Anlaufen
• Gleitschicht für Lager
• Erhöhung des Reibwertes
• als Schicht für „Einlauf“
• Haftvermittler für Keramikbeschichtungen

Um Metall in irgendeiner Form zu beschichten, steht eine Vielzahl von Werkstoffen und Werkstoffkombinationen zur Verfügung, die jeweils angewendet werden können. Je nach gewünschter Anwendung können beispielsweise diese oft verwendeten Werkstoffe für Metallbeschichtungen genutzt werden: Chromstahl, Aluminium, Nickel, Zink, Zinn, Kupfer, Chrom-Nickel-Stahl oder Eisenbasisstahl.

Die Metallbeschichtungen werden durch verschiedene Verfahren des thermischen Spritzens aufgebracht. Die Anwendung ist stets abhängig vom entsprechenden Verfahren, wobei es unter anderem folgende Möglichkeiten gibt: Drahtflammspritzen, Lichtbogenspritzen, Plasmaspritzen oder Hochgeschwindigkeitsflammspritzen (HVOF).

Metallische Beschichtungsverfahren

Drahtflammspritzen

Bei der Verwendung des seit vielen Jahrzehnten ausgereiften Verfahren des Drahtflammspritzens kommen Drähte oder Stäbe zum Einsatz, die als Korrosionsschutz, zur Einstellung von Gleiteigenschaften oder zum Materialaufbau für geometrische Bauteilkorrekturen verwendet werden.

Der verwendete Spritzzusatzwerkstoff wird im Zentrum einer Acetylen-Sauerstoff-Flamme kontinuierlich aufgeschmolzen. Dann werden mit Hilfe eines Zerstäubergases (Druckluft oder Stickstoff) aus dem Schmelzbereich tröpfchenförmige Spritzpartikel abgelöst und auf die Werkstückoberfläche geschleudert. Das Drahtflammspritzen ist ein weit verbreitetes Beschichtungsverfahren mit sehr hohem Qualitätsstandard.

Lichtbogenspritzen

Bei diesem Verfahren werden zwei elektrisch leitende und drahtförmige Spritzwerkstoffe dem Lichtbogen zugeführt und aufgeschmolzen. Das geschmolzene Metall wird durch einen starken Druckluftstrom zerstäubt, was die Spritzpartikel auf die Werkstückoberfläche beschleunigt.

Die Festigkeit der Haftung von Lichtbogenspritzen produzierten Schichten ist wesentlich höher als die Haftungsfähigkeit von flammgespritzten Schichten. Allerdings können verfahrensbedingt nur elektrisch leitende Werkstoffe verarbeitet werden.

Plasmaspritzen

Das Verfahren zur Beschichtung zeichnet sich von allem thermischen Spritzverfahren besonders durch seine vielseitigen Anwendungsmöglichkeiten aus. Während des Plasmaspritzens wird der zu beschichtende Werkstoff in Pulverform zugeführt und das Pulver dabei durch sehr hohe Temperaturen von der Plasmaflamme auf- oder angeschmolzen.

Ein Lichtbogen, der in einem Gas (Argon, Helium, Stickstoff, Wasserstoff oder in der Mischung der Gase) brennt, erzeugt das Plasma. Die dabei entstehende Plasmaflamme erreicht eine Temperatur von bis zu 20000 Grad C. Der Lichtbogen stellt sich zwischen der Elektrode und der Düse her. Durch die hohen Temperaturen können dann mittels Plasmaspritzen sogar auch keramische Materialien verarbeitet oder Keramik beschichtet werden.

Hochgeschwindigkeitsflammspritzen (HVOF)

Dieses Verfahren des Hochgeschwindigkeitsflammspritzens gilt als ein modernes Metallbeschichtungsverfahren, das sich durch eine extrem hohe Gasgeschwindigkeit des Kerosin-Sauerstoff-Strahls auszeichnet. Da hierbei Kerosin verwendet wird, werden Geschwindigkeiten des Gases von bis zu 2500 m/s erreicht. Dadurch entstehen sehr dichte und extrem gut haftende Schichten durch die Verbindung mit dem eng fraktionierten Spritzpulver.

Die Brennkammer-Temperatur beträgt ca. 2800 Grad C – bei bis zu 10 bar Druck in der Brennkammer. Die Temperatur der Bauteile beim Beschichtungsvorgang beträgt 180 Grad C, die sich mit Hilfe von zusätzlichen Kühlmaßnahmen deutlich reduzieren lässt. Dies vermeidet auch beim Grundwerkstoff eine Gefügeveränderung sowie auch ein Verzug am Bauteil.

Das Verfahren HVOF ist insbesondere für das Verarbeiten karbidischer Werkstoffe geeignet, aber es lassen sich damit nahezu alle Metall-Bauteile beschichten.

Was Beschichten bedeutet und wo es angewendet wird

Beim Beschichten im Bereich der Metallverarbeitung wird die Werkstoffoberfläche mit einem speziellen Material überzogen. Dafür können ganz unterschiedliche Verfahren angewendet werden. Beschichtet werden können neben Metall auch Kunststoff, Holz oder anderweitige Materialien.

Wie die jeweilige Oberfläche beschichtet werden kann, ist immer abhängig davon, welche Funktion das Bauteil haben soll und welche Eigenschaften das Bauteil hat. Einige Beschichtungen können die optische Bauteil-Qualität verbessern, oder die elektrische Leitfähigkeit der Bauteile steigern oder einen zusätzlichen Schutz vor Korrosion bieten.

Metallbeschichtungsverfahren können für viele verschiedene Anwendungen genutzt werden. Beispielsweise als Korrosionsschutz. Stahlbauteile, die mit Lack, einer Pulverbeschichtung oder einem Zinküberzug beschichtet wurden, können durch Beschichtungen vor Feuchtigkeit geschützt werden, um Rostbildung vorzubeugen. Bei der Rohrbeschichtung spielt eine solche Beschichtung eine wichtige Rolle, da Rohre oftmals Flüssigkeiten fördern und deshalb vor vielen Einflüssen geschützt werden müssen.

Ein weiteres Beispiel ist die TiN Beschichtung. Hierbei wird eine Titannitrit-Verbindung aufgetragen, um die Festigkeit des Verschleißes zu verbessern. Der meiste Grund für Bauteilbeschichtungen ist aber, dass man die Optik in Form einer anderen Farbe verändern möchte. Vor allem beim Pulverbeschichten und beim Lackieren stehen fast unbegrenzte Einsatzmöglichkeiten bei der Auswahl der Farben zur Verfügung.