Übersicht_Oberflächentechnik

Oberflächen-/Beschichtungstechnik
Oberflächen-/Beschichtungstechnik
Thermisches Spritzen
www.novaswiss.com
Oberflächen-/Beschichtungstechnik
Oberflächen-/Beschichtungstechnik
2
Die gesteigerte Lebensdauer bei Maschinen
des Thermischen Spritzens lassen sich ohne
und Teilen sowie ökonomische und ökolo­
Veränderung des Grundwerkstoffs äusserst
gische Aspekte zwingen die Industrie immer
verschleiss- und korrosionsfeste Schichten
mehr, Oberflächeneigenschaften zu verbessern
nach Mass auftragen.
und weiterzuentwickeln. Mit den Verfahren
www.novaswiss.com
Das Thermische Spritzen
Die Verfahren des Thermischen Spritzens
Die Beschichtungswerkstoffe werden beim
(klassiert in den Normen EN 657 und ISO
Thermischen Spritzen einer energiereichen
14917) bieten innerhalb der modernen Ober­
Wärmequelle (Brenngas-Sauerstoff-Flammen,
flächentechnologien vielfältige Anwendungs­
Lichtbogen oder Plasmen aus Edelgasen
möglichkeiten. Bauteile aus verschiedenen
wie Argon, Wasserstoff, Stickstoff, Helium)
Grundwerkstoffen lassen sich zum Schutz z.B.
zugeführt und aufgeschmolzen. Die an- oder
gegen Verschleiss und Korrosion mit Schichten
aufgeschmolzenen Partikel werden dabei in
aus hochschmelzenden Metallen oder Kera­
Richtung des Werkstücks beschleunigt und
miken versehen. Andererseits lassen sich auf
prallen dort mit hoher Geschwindigkeit
thermisch stark belastete Bauteile thermisch
(40–600 m/s) auf. Nach der Wärmeübertra­
leitende oder Wärme isolierende Schichten
gung an den Grundwerkstoff erstarren sie
auftragen. Nahezu alle Beschichtungswerk­
und bilden lageweise eine Schicht. Durch ein
stoffe, die in Pulver- oder Drahtform herstell­
wiederholtes Überfahren mit dem Brenner
bar sind, können so verarbeitet werden.
wird die gewünschte Dicke erreicht.
Eine Auflistung möglicher Werkstoffe gibt z.B.
die Norm EN ISO 14919 oder die Tabelle auf
den Seiten 10 und 11.
Die Grundwerkstoffe
Nahezu alle Grundwerkstoffe können be­
schichtet werden; seien es Metalle, Keramiken,
Kunststoffe, Faserverbunde oder Naturstoffe
wie Stein, Holz usw. Dadurch bietet das
Thermische Spritzen eine grosse Flexibilität an
Grund- und Beschichtungswerkstoff-Kombi­
nationen.
03
Oberflächen-/Beschichtungstechnik
Oberflächen-/Beschichtungstechnik
Die Vorbehandlung
Um die Oberfläche zu aktivieren und damit
eine optimale Schichthaftung zu erreichen,
werden Oberflächen üblicherweise durch
Strahlen mit Korund aufgeraut. Die Nova
Werke verwenden dazu Edelkorunde
­(Aluminiumoxid Al2O3) in modernen Druckund Saugstrahlkabinen. Die Effizienz dieser für
die Schichthaftung wichtigen Vorbehandlung
wird in Rauigkeitsprüfprotokollen festgehalten
... denn Qualität lässt sich messen!
4
www.novaswiss.com
Die Schichtdicke
Optimale Schichtdicken, die je nach Anwen­
dungsfall stark variieren können, sind Vor­
aussetzung für gute Resultate im Einsatz. Je
nach Werkstoff und verwendetem Verfahren
können Schichtdicken von einigen 10 µm bis
mehreren Millimetern erreicht werden. Bei
verschlissenen Teilen, an welchen die Gesamt­
schichtstärke nicht frei bestimmt werden kann,
können zunächst Aufbauschichten gespritzt
werden.
Die Bauteiltemperatur
Werkstücke werden während des Beschich­
tens in der Regel höchstens 150°C warm, und
ihre Oberflächentemperatur wird überwacht.
Veränderungen im Grundmaterial sind mit
Ausnahme von selbstfliessenden Legierungen,
die bei Temperaturen von über 1000°C
nachträglich um- und eingeschmolzen werden,
weitgehend ausgeschlossen.
5
Oberflächen-/Beschichtungstechnik
Oberflächen-/Beschichtungstechnik
Die Nachbearbeitung
Der rationellen Nachbearbeitung der Spritz­
schichten und der geforderten Oberflächen­
güte muss mindestens ebenso grosse Bedeu­
tung beigemessen werden wie der optimalen
Werkstoffwahl und Qualität. Die Nova Werke
verfügen dazu über modernste Einrichtungen
zum Drehen, Schleifen, Läppen, Honen und
Polieren.
6
www.novaswiss.com
Metallographie und mechanisches Prüflabor
Die Qualität unserer Beschichtungen kann
direkt in unserem gut ausgestatteten Metallo­
graphie- und mechanischem Prüflabor beur­
Mehrere Härtemessgeräte (Vickers, Brinell
und Rockwell)
Schichthaftungs-Messungen mit dem
teilt werden z.B. durch Mikrostrukturanalyse
neuen «Schertest-Gerät» gemäss Norm
(um Schichtdicke, Aufschmelzgrad und Porosi­
EN 15340.
tät zu bestimmen), mechanische Eigenschafts­
bestimmung (verschiedene Härtewerte), oder
die Kohäsion und Adhäsion zum Substrat zu
messen (Schichthaftung).
Das Labor ist daher gut ausgestattet mit den
unterschiedlichsten Trenn-, Einbett-, Schleifund automatisierten Poliermaschinen.
Die wichtigsten analytischen Geräte im Einsatz
sind:
Stereo- / Lichtmikroskope
Profil- und Rauheitsmessgeräte (Projektion
und mechanische Messtaster)
Modern eingerichtetes Metallographielabor mit diversen Mikroskopen, verbunden mit Bildanalyse-Software und
Härtemessverfahren ... denn Qualität lässt sich messen!
Die Untersuchung der Schichtqualität
Die Materialwahl und Mikrostruktur einer
selbstfliessenden Legierungen sind ande­
Beschichtung haben einen grossen Einfluss
rerseits absolut dicht. Es ist auch möglich,
auf die Einsatzeignung und müssen je nach
Spritzschichten durch Füllen der verbleibenden
Anwendungsfall gezielt eingestellt werden.
Poren und Kapillaren mit einem korrosi­
Mit den von den Nova Werken verwendeten
onsbeständigen Medium zu versiegeln. Dies
Beschichtungsanlagen sind Schichtporositä­
geschieht in der Regel bei höheren, als den zu
ten von weniger als 1 Vol.-% bis ca. 40 Vol.-%
erwartenden Betriebstemperaturen.
erreichbar. Eingeschmolzene Schichten aus
Bildanalyse zur Ermittlung der Porosität in einer
Wärmedämmschicht.
Querschliff an Welle
Wärmedämm- mit Haftgrundschicht
Chromkarbid-Verschleissschutzschicht
Chromoxid-Keramikschicht
7
Oberflächen-/Beschichtungstechnik
Oberflächen-/Beschichtungstechnik
Reib- und Verschleissprüf-Labor
Tabelle einiger tribologischen
(Tribologie)
Prüfeinrichtungen:
Wir bieten mit unserem gut ausgestatteten
1. Oszillatorischer Schwingungs-Reib Ver­
Tribologielabor Reibungs- und Verschleiss-Prü­
fungen, sowie Beratung an, welche ein breites
Spektrum an Tribo-Systemen umfassen um Rei­
bung und Verschleiss auf verschiedenen Skalen
unter industrieller Umgebung zu simulieren,
dieses auch unter schwierigen Bedingungen,
z.B. bei erhöhter Temperatur, hoher Luftfeuch­
3. Abriebversuch mit Trockensand und
rotierendem Gummirad (Rubber-Wheel)
Abrasionstest (ASTM G 65)
4. Bestimmung der Schleifwirkung von
Schlamm nach dem Nummernsystem von
Miller / Miller-Test (ASTM G 75)
eine breite Palette von F&E und Beratung in
den folgenden Bereichen durchführen:
5. Feststoff Partikel-Erosion (ASTM G 76)
(mit Hochtemperatur-Option)
6. Hochdruck Flüssigkeits-Erosion (mit oder
ohne Feststoffe) (ASTM G 73 und 76)
kombiniert/modifizert
Entwicklung von Anwendungen für thermi­
7. Klotz-auf-Ring bei atmosphärischen Bedin­
sche Spritzschichten
gungen oder Hochtemperatur (bis 700°C)
Tribologie (Reibung und Verschleissprü­
(ASTM G 77)
fung)
Metallographische Charakterisierungen
8. Stift oder Kugel auf Scheibe (PoD)
(ASTM G 99)
Mechanische und Schichthaftungsmessungen.
Die Qualitätssicherung
Thermisches Spritzen ist nicht nur Vertrauens­
die NOVA WERKE über die entsprechend
sache, sondern basiert auf einem konsequent
modernen Prüfmittel. Die QS-Massnahmen
umgesetzten Qualitätsbewusstsein auf vier
werden jeweils bei Auftragserteilung auf der
Ebenen; der 4M-Regel: Material, Maschine,
Grundlage einschlägiger Normen mit dem
Mensch und Messung/Prüfung. Für eine
Kunden abgestimmt.
umfassende Qualitätsüberwachung verfügen
8
(ASTM G 32)
Relativgeschwindigkeiten.
sammen mit den erfahrenen Experten können
neuen Schertest EN 15340
2. Kavitations-Erosion an vibrierenden Proben
tigkeit, hohen Belastungsdrücken und hohen
Unsere umfangreichen Testeinrichtungen zu­
Messung der Schichtfestigkeit im
schleiss «SRV» (DIN 51834)
www.novaswiss.com
Thermisches Spritzen NOVA SWISS®
Welches Verfahren eingesetzt wird, hängt vom
konkreten Anwendungsfall ab. Wirtschaftlich­
keitsüberlegungen spielen dabei immer eine
Rolle.
Verfügbare Spritzverfahren
Gastemperatur [°C]
Partikelgeschw. [m/s]
Haftzugfestigkeit [MPa]
Porosität [Vol.-%]
Lichtbogenspritzen
4000
100
10–15
10
Flammspritzen
3100
40
10
10–15
Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen
3100
800
> 70
1–2
Plasmaspritzen
15 000
200
> 50
2–5
Oberflächen-/Beschichtungstechnik
Oberflächen-/Beschichtungstechnik
10
Werkstoff-Übersicht
Werkstoffgruppen
Reine
Metalle
Stähle
Selbstfliessende
Legierungen
Nicht-EisenLegierungen
Keramiken
Werkstoff
Vickers-Härte
[HV 0,3]*
80
Typische Merkmale
Anwendungsgebiete
Aluminium / AI
Schmelztemp.
[°C]
660
Weich
Kupfer / Cu
1080
120
Molybdän / Mo
2600
700
Zink / Zn
420
30
Gute Wärme- und elektrische
Leitfähigkeiten
Gute Gleit- und Notlaufeigenschaften, hart, zäh, guter
Verschleisswiderstand, geeignet
auch als Korrosionsschutz.
Extrem dichte Schichten möglich,
gute Druckfestigkeit
Niedrig schmelzend, guter
Korrosionsschutz
Wolfram / W
Verschiedene
Legierungen
3400
1325 – 1536
300
160–600
Korrosionsschutz gegen Industrie- und Seewasseratmosphäre
Leitende Schichten,
z. B. auf Nichtleitern
Gleitflächen allgemein. Kurbelwellen, Synchron- und Kolben­
ringe, Pumpen-Teile, Führungen,
Dieselmotoren-Komponenten,
Pass- und Presssitze, Vermeiden
von Passungsrost
Korrosionsschutz wie Aluminium
(oftmals auch als Al/Zn-Legie­
rung), insbesondere für Brückenund Krankonstruktionen sowie
an Behältern usw.
Elektrische Kontakte, Elektroden
Allgemeine Reparaturen von
stark verschlissenen Bauteilen
NiCr-Legierung
1400
350
MCrAlY
M = Ni, Co, Fe
Stellite
1360 – 1410
400–500
bis 1400
bis 700
Tribaloy (Kobaltoder Nickelbasis)
NiCrBSi,
NiCoBSi,
CoCrNiMoBSi,
CoCrNiWBSi
bis 1600
bis 650
1000–1100
bis 800
Alu-Bronze
1060
210
Nickel-Aluminium
/ NiAl
1400
230
AIuminiumoxid rein
/ Al2O3
2050
bis 1000
Aluminiumoxid +
Titanoxid / Al2O3
-TiO2
1900
850
Chromoxid / Cr2O3
2435
1200
Zirkonoxid / ZrO2
– Y2O3 stab.
– MgO stab.
– CaO stab.
bis 2680
bis 800
Hochschmelzendes Element
Je nach Legierung: drehbar bis
sehr hart, sehr reibverschleiss­
fest, rost- und säurebeständig
Korrosionsbeständig, sehr gute
Haftung, temperaturbeständig.
Hochtemperaturkorrosionsbeständig
Korrosionsbeständig,
verschleissfest
Verschleiss- und korrosionsfest.
Gute Warmhärte
Hart, zäh, dicht,
sehr verschleissfest.
Einschmelzen möglich.
Gute Warmhärte
Hart, zäh, druckfest, korrosions­
fest, gute Notlaufeigenschaften.
Sehr dicht und gute Haftung,
wärmeschock- und korrosions­
beständig
Sehr hart, abrasionsfest, jedoch
relativ spröde, guter elektrischer
Isolator
Der Titanoxidanteil verbessert
die Dichte, die Gleiteigenschaften
sowie die Polierbarkeit, ferner
wird die Sprödigkeit reduziert,
aber geringere Härtewerte
erreicht
Ausgezeichnete Korrosionsbe­
ständigkeit, hart, sehr abriebfest,
sehr dichte, glatte Schichten
Wärmedämmschicht, schlecht
benetzbar durch Metallschmel­
zen, elektrisch leitend bei hohen
Temperaturen
Grund- und Zwischenschichten
Grund- und Haftschichten
Verschleissschutz allgemein,
Dampfturbinenteile
Reibverschleissschutz mit guten
Gleiteigenschaften
Verschleissschutz allgemein,
insbesondere Ventilpanzerung.
Auch als Korrosionsschutz im
Einsatz. Eingeschmolzene Schich­
ten sind absolut dicht
Reibverschleissschutz mit sehr
guten Notlaufeigenschaften
Grund- oder Zwischenschichten.
Lagersitze.
Textilmaschinenteile, Elektround Wärmeisolationen, sehr
verschleissbeständig, z. B. Einsatz
als Mischerflügel
Gleitringdichtungen, Wellen­
schutzhülsen, Textilmaschinen­
teile, Hydraulikteile, Druckwalzen
Pumpenteile, Plunger, Wellenschutzhülsen, Dichtungssitze,
Textilmaschinenteile
Giessmaschinenteile, Kokillen,
Hochtemperaturdüsen, Brennkammern, HochtemperaturHeizelemente (>2000° C)
www.novaswiss.com
Werkstoff-Übersicht
Werkstoffgruppen
Cermets
Pseudolegierungen
Werkstoff
Schmelztemp.
[°C]
Vickers-Härte
[HV 0,3]*
Mischwerkstoffe aus
Keramik und Metallen
oder Metalllegierungen
Wolframkarbid +
Kobalt / WC-Co
(bis 1500)*
1450
Wolframkarbid +
Kobalt, Chrom / WCCoCr
Wolframkarbid +
Nickel / WC-Ni
(bis 1500)*
1400
(bis 1500)*
1100
Chromkarbid +
Nickelchrom / Cr3C2
-NiCr
(bis 1500)*
1150
Nickel-Graphit
(bis 1450)*
44
Keramik-Metall
–
–
Keramik-Kunststoff
Typische Merkmale
Anwendungsgebiete
Diese Werkstoffe sind in der
Regel eine Kombination von zwei
oder mehreren stark unter­
schiedlichen Komponenten.
Hart, sehr reibverschleissfest,
korrosions-, erosions-, wärme­
schockbeständig. Sehr dichte
Schichten, sehr gute Haftung
Eigenschaften siehe
WC-Co-Schichten
Sonderanwendungen
und geeignet auch als
Zwischenschichten
Vergleichbar zu WC-Co-Schich­
ten, beständig gegen reibenden
Verschleiss, jedoch geringere
Härte
Wie Wolframkarbid, zudem
sehr verschleissbeständig bei
korrosiven Medien und hohen
Temperaturen
Anwendungen in Pumpen- und
Turbinenbauteilen
Allgemeiner Verschleissschutz bei
Abrasion und Erosion
Korrosionsbeständig in wässrigen
Lösungen
Chemieanlagenteile, Ausklei­
dungen, hydraulische Ventile,
Maschinen und Werkzeugteile
aller Art.
Idealer Verschleissschutz auf
Aluminiumbauteilen
Selbstschmierend dank freiem
Gleitlager. Je nach Anwendung
Graphit
auch für Trockenlauf geeignet
Keine homogene Legierung mehr, Hart, Verschleissschutz
jedoch oftmals Eigenschaften der (siehe «Cermets»),
beiden Partner vereint
hart, nicht benetzend
(Lebensmittel-/Drucktechnik),
Metall-Kunststoff
z. B. Al-Si-Polyester
(Einlaufschichten)
[ ]* Die Angaben der Vickers-Härten [HV 0,3] sind Richtwerte der thermisch gespritzten Schichten.
( )* Anstelle des Schmelzpunktes wird hier bei den Verbundwerkstoffen die Sintertemperatur angegeben.
Von den pulverförmigen Ausgangswerkstoffen zu den Schichten mit unterschiedlichen Oberflächenbearbeitungen.
11
Oberflächentechnik
Die Nova Werke AG ist ein unabhängiges,
Das Managementsystem
weltweit tätiges Schweizer Technologie­
Das Managementsystem Qualität ist
unternehmen mit Hauptsitz in Effretikon ZH
für alle Produkte, Produktionsverfahren
und Tochtergesellschaften in Frankreich und
und Dienstleistungen von entscheiden­
Deutschland. Sie entwickelt und produziert
der Bedeutung. Die Nova Werke AG ist
unter der Qualitätsmarke NOVA SWISS
9001/14001/OHSAS 18001 zertifiziert.
für anspruchsvolle Kunden System­lösungen
Der kontinuierliche Verbesserungsprozess
in den Bereichen
gehört als wesentlicher Bestandteil dieser
®
Oberflächentechnik
Armaturenrevision
Armaturenrevision
Anforderungen zum gelebten Arbeitsalltag
von Mitarbeitenden auf allen Stufen.
Hochdrucktechnik
Dieselkomponenten
Dabei erfüllen innovative Hightech-Kom­
ponenten und -Verfahren strengste
­Anforderungen an Qualität und Zuver­
Hochdrucktechnik
lässigkeit.
NOVA SWISS® ist die weltweit bekannte,
Nova Werke AG
eingetragene Marke der Nova Werke AG.
Vogelsangstrasse 24
CH-8307 Effretikon / Schweiz
Telefon +41 52 354 16 16
© Jan Will – Fotolia.com
Dieselkomponenten
Fax +41 52 354 16 90
www.novaswiss.com
ot.sales@novaswiss.com
www.novaswiss.com
Ausgabe: 2014-v1d
Oberflächen-/Beschichtungstechnik
Das Unternehmen