Hartmetall Beschichtungen: Beschichtungen für Hartmetalle

Hartmetallbeschichtung

Hartmetalle sind im Prinzip Verbundwerkstoffe aus extrem harten nichtmetallischen Werkstoffen und einer metallischen Legierung, welche die harten Bestandteile als Bindemittel zusammenhält.

Die nichtmetallischen Zusätze, auch Hartstoffe genannt, bestimmen die Verschleißbeständigkeit des Materials, während die metallische Komponente Eigenschaften wie die Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit bestimmt.

Es gibt eine ganze Fülle von Hartmetallen, die alle eines gemeinsam haben: Sie sind sehr verschleißfest, weshalb sie für stark beanspruchte Teile wie zum Beispiel Werkzeuge für die Metallbearbeitung, Ventile und Schneidwerkzeuge eingesetzt werden. Je nach Anwendung und Bauteilgeometrie ist es jedoch weder wirtschaftlich noch technisch sinnvoll ganze Bauteile aus Hartmetall herzustellen. Meist reicht es aus, nur die Oberflächen bestimmter Bereiche mit einer dünnen Beschichtung aus Hartmetall zu panzern. Typische Beispiele sind z.B. Wellen, die in Teilbereichen die Härte und Verschleißfestigkeit eines Hartmetalls benötigen, jedoch nicht auf die Zähigkeit eines Stahlwerkstoffes verzichten können.

Für die Hartmetallbeschichtung kommen verschiedene Legierungen infrage, die sich im Laufe der Zeit als besonders zielführend herausgestellt haben: Das Wolframkarbid-Kobalt (WC/Co), Wolframkarbid-Kobalt-Chrom (WC/Co/Cr) und Chromkarbid-Nickel-Chrom (Cr3C2/NiCr). Diese Legierungen unterscheiden sich hauptsächlich in Ihrer Maximalhärte, Einsatztemperatur und Korrosionsbeständigkeit und decken ca. 90% der im HVOF-Verfahren (High Velocity Oxygen Fuel) beschichteten Metallbauteile ab.

Praktisch alle metallischen Bauteile und eine Auswahl anderer Materialien lassen sich durch thermisches Spritzen mit einer Hartmetallbeschichtung aufpanzern. Für viele Anwendungen ist jedoch auch die Nachbehandlung der Beschichtung von entscheidender Bedeutung, da thermische Spritzschichten von Natur aus Rauheiten zwischen Rz20-30 aufweisen.

Die Coating Center Castrop GmbH verfügt über alle notwendigen Techniken Hartmetallschichten aufzutragen und bis auf Spiegelpolitur nachzubearbeiten. So können funktionelle Oberflächeneigenschaften nach Maß realisiert werden, von der rauen Greifer-Beschichtung bis zur feinsten Dichtungsgleitfläche.

Wolframkarbid-Kobalt und Wolframkarbid-Kobalt-Chrom

Karbidische Werkstoffe wie Wolframkarbid haben hervorragende Materialeigenschaften wie zum Beispiel eine hohe Zug- und Druckfestigkeit sowie eine Vickershärte bis zu 1300HV.
Das Material ist also fast so hart wie Diamant; entsprechend besitzt die Hartmetallbeschichtung aus Wolframkarbid-Kobalt (WC/Co) eine extrem hohe Beständigkeit gegen Verschleiß bei guten Korrosionseigenschaften. Die Hartmetallbeschichtung kann bei Temperaturen bis ca. 540 °C eingesetzt werden. Sie wird häufig verwendet bei allen Anwendungen mit Verschleißproblemen, zum Beispiel bei Kolbenstangen, Pumpen und Extruderschnecken.

Beschichtungen aus Wolframkarbid-Kobalt-Chrom (WC/Co/Cr) sind dem WC/Co sehr ähnlich und daher ebenfalls extrem verschleißfest, weisen aber eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit auf. Die WC/Co/Cr-Hartmetallbeschichtung ist bis 500 °C einsetzbar und ist eine sehr gute Alternative zu den in Verruf geratenen galvanischen Beschichtungen.

Chromkarbid-Nickel-Chrom

Chromkarbid-Nickel-Chrom (Cr3C2/NiCr) ist eine Hartmetallbeschichtung mit hervorragender Korrosionsbeständigkeit gegenüber den meisten technischen Medien. Dafür sorgt einerseits der metallische Binder aus einer Nickel-Basis-Legierung, andererseits das Chromkarbid, welches nicht nur sehr hart, sondern auch chemisch extrem stabil ist. Die Beständigkeit gegen Verschleiß ist der von WC/Co und WC/Co/Cr sehr ähnlich, jedoch ist diese Schicht auch noch bei Temperaturen bis 750°C einsetzbar.

Chromkarbid-Nickel-Chrom hat sich auf Oberflächen im Maschinen- und Werkzeugbau aller Art, sowie bei Heißgas- und Hydraulikventilen, Dichteinsätzen und Chemieanlagenteilen bestens bewährt.

Hartmetallbeschichtung im HVOF-Verfahren

Die Coating Center Castrop GmbH führt die Hartmetallbeschichtung mittels Hochgeschwindigkeitsflammspritzen durch. Hierzu stehen mehrere Anlagen mit vollautomatischen Masseflussreglern zur Verfügung, sodass Qualitätsschwankungen ähnlich dem Bernex-Plasma-Verfahren der Vergangenheit angehören.

Die Überschalltechnik des HVOF-Verfahrens erzeugt sehr dichte Schichten mit den höchstmöglichen Haftzugfestigkeiten. Das Verfahren kann auf allen Stahl-, Titan- und Aluminiumbauteilen eingesetzt werden, unabhängig davon, ob eine Wolframkarbid- oder Chromkarbid-Schicht aufgetragen werden soll.

Typische Schichtstärken für Verschleißschutzanwendungen reichen von wenigen Zehntel Millimetern bis ca. 1mm.

Abhängig von der Bauteilgeometrie und Schichtstärke erwärmt sich das Bauteil bei der Beschichtung im HVOF-Verfahren auf 150 °C bis maximal 250 °C, weshalb in der Regel keine Gefügeveränderungen des Grundmaterials oder Bauteilverzug befürchtet werden müssen. Anders als bei anderen Verfahren zum Aufpanzern, kann daher das Bauteil schon komplett fertig bearbeitet sein, wenn es zum Beschichten kommt.

Ein besonderer Vorteil der Hartmetallbeschichtung ist, dass günstigere Grundwerkstoffe z.B. durch eine hochwertige Wolframkarbid-Beschichtung die notwendige Härte bekommen, und dabei die Elastizität und Zähigkeit des Grundwerkstoffes erhalten bleiben.

Für viele Einsatzzwecke können deshalb durch die Oberflächenbeschichtung mit Hartmetall nicht nur die Kosten gesenkt, sondern auch die Gebrauchseigenschaften der Bauteile wesentlich verbessert werden.