So funktioniert thermisches Spritzen

Grundsätzlich ähnelt die Methode dem Aufsprühen von Farbe. Statt Lack wird beim thermischen Beschichten jedoch mittels eines Spritzverfahrens ein anderer Stoff (Zusatzwerkstoff) aufgebracht. Dessen Eigenschaften sollen auf eine Oberfläche (Substrat) übergehen und sie so veredeln.

Geeignet für thermisches Spritzen sind zum Beispiel Zusatzwerkstoffe wie:
 

  • reine Metalle, die etwa im Brückenbau vor Korrosion schützen
  • Stähle zur verschleißbeständigen Reparatur
  • oxidationsbeständige und harte Oxide (Textilherstellung)
  • verschleißarme Karbide für Wellen

Da die Zusatzwerkstoffe ursprünglich einen festen Aggregatzustand haben, werden sie vor dem thermischen Spritzen erhitzt und verflüssigt oder in eine teigige Konsistenz gebracht. Erst in dieser Form lassen sie sich auf ein zuvor gesäubertes und aufgerautes Substrat aufbringen, mit dessen Oberflächenstruktur sie sich meist mechanisch verbinden (verklammern).

Das sind die wichtigsten Spritzverfahren

Abhängig von den Eigenschaften der Werkzusatzstoffe und des Oberflächenmaterials gibt es mehrere Arten des thermischen Spritzens. Jedoch funktionieren alle nach folgendem Grundprinzip:
 

  • Ein Spritzwerkstoff wird in eine Düse (Spritzbrenner) eingebracht.
  • Mittels Energie wird der Stoff im Spritzbrenner erhitzt.
  • Zugeführtes Gas (oder ein anderes sog. Betriebsmedium) baut im Brenner Druck auf.
  • Durch den Druck gelangt der Spritzwerkstoff durch die Düse auf das Substrat und beschichtet es.

Im Wesentlichen werden beim thermischen Spritzen vier Beschichtungsverfahren angewendet. Hier ein Überblick der Technologien, die sich in erster Linie durch die Art der Hitzeerzeugung unterscheiden:

Konventionelles Flammspritzen

Ein entzündetes Gemisch aus Brenngas und Sauerstoff sorgt für hohe Temperaturen, die Zusatzwerkstoffe wie Metalldrähte (Drahtflammspritzen) oder Pulver (Pulverflammspritzen) verflüssigen. Das geschmolzene Material wird mittels zusätzlicher Druckluft auf die Oberfläche gesprüht.

Hochgeschwindigkeitsflammspritzen (HVOF)

Diese Variante ähnelt dem konventionellen Flammspritzen. Der Unterschied: Eine spezielle Expansionsdüse an der Spitze des Brenners beschleunigt einen Gasstrahl mit dem Werkstoff auf Überschallgeschwindigkeit. Daher auch die Bezeichnung des Verfahrens, dessen Abkürzung HVOF für “high velocity oxy fuel spraying” steht. Das hohe Tempo sorgt für verbesserte Schichteigenschaften auf der Oberfläche.

Lichtbogenspritzen

Wie der Name des Verfahrens nahelegt, ist die Hitzequelle ein Lichtbogen. Zwei elektrisch leitende Drähte entzünden den Lichtbogen. Der Beschichtungswerkstoff liegt als Draht vor. Durch das Erzeugen eines Lichtbogens wird der Draht geschmolzen und mittels Zerstäubergas auf die Werkstoffoberfläche aufgetragen.

Plasmaspritzen

Hier bildet sich zwischen einer Kathode und einer Anode im Spritzbrenner ebenfalls ein Lichtbogen. Durch diesen wird ein Gas geleitet und dabei so stark erhitzt, dass daraus ein mehrere Zentimeter langer, extrem heißer Plasmastrahl entsteht. Durch ihn gelangt ein pulverförmiger Werkstoff, zum Beispiel Keramik, und trifft in Partikel aufgelöst auf das Substrat.
 

Anwendungsgebiete des thermischen Spritzens

Das Verfahren ist eine vergleichsweise flexible und kostengünstige Methode zum Beschichten und Reparieren von Produkten. Deren Oberflächen werden dadurch unter anderem …
 

  • beständiger (z. B. gegenüber Abnutzung, Korrosion, Hitze oder Undichtigkeit)
  • leitfähiger
  • verträglicher für lebendes Gewebe (z. B. durch biokompatible Implantate)

Daraus ergeben sich in vielen Branchen Anwendungsmöglichkeiten für thermisches Spritzen.
 

  • In der Automobilindustrie wird das Verfahren für die Beschichtung von Kleinteilen bis hin zu Motorblöcken genutzt.
  • Haushaltsgeräte wie Bügeleisen oder Pfannen lassen sich mit hitzebeständigen Antihaft-Oberflächen aus speziellem Kunststoff versehen.
  • Die Textilindustrie verwendet thermisches Spritzen für Maschinenbauteile, die Stofffasern während der Verarbeitung schonen.
  • Im Maschinenbau werden damit Kolbenringe und -ventile, Pumpenlager oder Ventildeckel veredelt.
  • In der Papierindustrie macht die Methode Walzen unempfindlicher gegenüber chemischen Stoffen, Verschleiß und mechanischen Beanspruchungen.