Coating-Center-Castrop | Kompetenz in Oberflächenbeschichtungen

Keramische Beschichtungen: Keramikbeschichtungen für Metall

Coating-Center-Castrop | Keramikbeschichtungen

Keramikbeschichtungen – innovative Verfahren mit vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten

Keramische Beschichtungen werden in der Regel mit thermischen Spritzverfahren aufgebracht. Dabei wird geschmolzenes keramisches Pulver auf das Bauteil aufgespritzt. Thermische Spritzverfahren werden entsprechend dem verwendeten Energieträger unterschieden (EN 657 sowie ISO 14917). Aufgrund der hohen Schmelztemperaturen der meisten keramischen Werkstoffe werden keramische Schichten mit einem Plasma-Spritzverfahren aufgebracht. Das Coating Center Castrop nutzt hierzu modernste massenflussgeregelte Beschichtungsanlagen, die für hochqualitative und reproduzierbare Ergebnisse sorgen. Es können unterschiedliche Beschichtungswerkstoffe verarbeitet werden, die für den jeweiligen Anwendungszweck gezielt ausgewählt werden. Typische Anwendungsgebiete für das Plasmaspritzen sind:

  • Verschleißschutz, darunter Abrasion, Erosion, Adhäsion und Fretting
  • Verhinderung von Reibverschweißung
  • thermische Isolation
  • elektrische Isolation
  • Korrosionsschutz
  • Modifizierung von Reibwerten

Im Gegensatz zu anderen Beschichtungsverfahren können durch das thermische Spritzen auch dicke Schichten und verschiedene Schichtkombinationen aufgebracht werden, um verschlissene Bauteile mit tiefen Einlaufspuren wiederherzustellen. Aufarbeitungen von Bauteilen sind daher über viele Jahre auch mehrfach möglich.

Funktionsweise des thermischen Spritzens bei keramischen Beschichtungen

Bei der Anwendung von Keramikbeschichtungen beim thermischen Spritzen werden die Werkstoffe einer Plasma-Flamme zugeführt. Die Plasma-Flamme ist eine extrem energiereiche Wärmequelle mit der neben hohen Temperaturen auch hohe Gasgeschwindigkeiten erreicht werden. Plasmen aus Edelgasen wie Helium oder Argon werden meist unter Zumischung von Wasserstoff und Stickstoff verwendet, um die Thermodynamik der Flamme zu steuern. Der Beschichtungswerkstoff wird der Flamme in Pulverform zugeführt, wo er aufgeschmolzen und in Richtung des Werkstückes beschleunigt wird. Dort prallen Die Partikel mit hoher Geschwindigkeit auf und erstarren schlagartig. Durch millionenfache Überlagerung solcher Partikel entsteht eine zusammenhängende keramische Schicht. Zum Erreichen der gewünschten Schichtdicke wird der Brenner wiederholt über das Bauteil geführt.

Unterschiedliche Schichtdicken

Fast alle metallischen Grundwerkstoffe können durch thermisches Spritzen beschichtet werden. So lassen sich Keramikbeschichtungen auf alle Stähle, Titan, Buntmetalle, Aluminium und zahlreiche Gusswerkstoffe aufbringen. Ausnahmen gibt es bei bereits vorbehandelten Oberflächen, wie z.B. nitrierten oder anderweitig beeinflussten Oberflächen. Um eine hoch verschleißfeste Keramikbeschichtung zu erhalten, spielt neben vielen Faktoren auch die optimale Schichtdicke eine Rolle. Diese kann je nach Werkstoff und Anwendung zwischen einigen Mikrometern (μm) und mehreren Millimetern (mm) liegen. Während bei Neuteilen die Schichtdicke meist frei gewählt werden kann, wird diese bei Reparaturen durch die Verschleißtiefe bestimmt. In diesen Fällen kann durch Unterfüttern mit Aufbauschichten zunächst die Geometrie wiederhergestellt und danach die keramische Beschichtung erneuert werden. Der Wärmeeintrag in das Werkstück überschreitet in der Regel 150° Celsius nicht, sodass Verzug und Gefüge-Änderungen im Grundmaterial weitestgehend ausgeschlossen sind.

Vorteile von Keramikbeschichtungen auf einen Blick

Es gibt zahlreiche Eigenschaften, die beim Verfahren der keramischen Beschichtung vorteilhaft sind. Dazu gehören:

  • ausgezeichnete Verschleißbeständigkeit
  • Lebensmitteltauglichkeit vieler Keramiken
  • ausgezeichnete Dichtungslaufflächen
  • breite Auswahl an Werkstoffen
  • sehr gute Korrosionsbeständigkeit
  • ein geringer Wärmeeintrag ins Bauteil
  • Reparaturmöglichkeit à Bauteillebensdauer um ein Vielfaches erhöht

Plasmaspritzen

Weit verbreitet im Bereich der Keramikbeschichtungen ist das Atmosphärische Plasmaspritzen (APS). Dies begründet sich insbesondere auf die vielfältigen Möglichkeiten der Anwendung. Genutzt wird ein pulverförmiger Beschichtungswerkstoff. Die Plasmaflamme verfügt über eine überaus hohe Temperatur von etwa 20.000° Celsius, die das Aufschmelzen keramischer Pulver ermöglicht. Die Erzeugung des Plasmas erfolgt durch einen Lichtbogen, der zwischen einer wassergekühlten Kupfer-Düse und einer Elektrode erzeugt wird. Der Lichtbogen brennt in einem Gasgemisch aus Argon und Wasserstoff, welches durch Ionisation das eigentliche Plasma erzeugt. Zur Kontrolle der Gaskinetik werden oft Stickstoff oder Helium zugeführt. Nahezu alle Beschichtungswerkstoffe lassen sich mit dem APS-Verfahren verarbeiten, aus praktischen Gründen wird dieses Verfahren aber in der Regel für keramische Schichten und Haftgrundwerkstoffe eingesetzt.

Weitere Informationen zur keramischen Beschichtung

Ein herausragendes Merkmal von Keramikbeschichtungen ist der geringe Wärmeeintrag in das Bauteil. Obwohl die Flammtemperaturen mit bis zu 20.000°C extrem hoch sind, wird das Bauteil je nach Geometrie nur bis ca. 150°C erwärmt. Das Gefüge und damit die mechanischen Eigenschaften des Grundmaterials bleiben daher von der Beschichtung unberührt.

Eine Grundvoraussetzung zur Anwendung ist die Zugänglichkeit der Fläche durch den Spritzstrahl. Für spezielle Anwendungen stehen gesonderte Beschichtungsanlagen für Innenbeschichtungen zur Verfügung, mit denen das Coating Center Castrop auch unzugängliche Bereiche erreichen kann. Dennoch gilt: Bereits bei der Konstruktion eines Objektes sollte die Aufbringung einer Keramikbeschichtung mit eingeplant werden. Das erspart in vielen Fällen Kosten und Zeit.

Ein wichtiger Aspekt bei keramischen Beschichtungen ist der Schutz vor mechanischen Krafteinwirkungen. Dabei spielt die konstruktive Gestaltung der Einbettung (Bereich in dem die Spritzschicht appliziert werden soll) eine große Rolle. Die fachgerechte Gestaltung dieses Bereiches kann die Lebensdauer Ihrer beschichteten Bauteile um ein Vielfaches verlängern. Lassen Sie sich hierzu jederzeit im Vorfeld beraten. Das Coating Center Castrop steht Ihnen hier gerne hilfreich zur Seite, um die beste technische Lösung für Ihr Problem zu erarbeiten.