Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Untersuchung der Einflussgrößen und prozess-technischen Randbedingungen auf die Schichtqualität beim Beschichten von rotationssymmetrischen Innenflächen mittels HVOF/HVAF

Thermische Spritzprozesse werden bei der Beschichtung von Innenflächen nur selten eingesetzt. Um solche Beschichtungsaufgaben zu lösen, werden spezielle Spritzbrenner benötigt („Innenbrenner“), deren Bauform und Verbrennungsleistung deutlich kleiner sind. Aktuell gibt es einen signifikanten Entwicklungsschub im Bereich der Innenbrenner, der auf der steigenden Nachfrage nach Innenbeschichtungen beruht.

Trotz des mittlerweile vorhandenen Angebotes von verschiedenen HVOF/HVAF-Innenbrennern, ist die Anwendung solcher Innenbrenner bei KMU noch nicht etabliert. Grund dafür ist im Wesentlichen der fehlende Wissensstand. Aufgrund der geringeren Leistung der Innenbrenner und des kurzen Spritzabstandes, muss die Prozessführung angepasst und feinere Spritzpulver eingesetzt werden.

Im Rahmen der geplanten Untersuchungen werden Messungen der Partikeltemperatur und -geschwindigkeit für verschiedene Innenbrenner mit feinen Pulverwerkstoffen erfolgen, um das charakteristische Systemverhalten zu verstehen sowie geeignete Spritzparameter abzuleiten. Die Messwerte Partikeltemperatur und -geschwindigkeit werden hierzu mit der charakteristischen Splatform korreliert. Die Entwicklung einer Einheitsprobe für Innenbeschichtungsversuche stellt einen weiteren Arbeitspunkt dar. Anhand der Wärmeverteilung in der Einheitsprobe wird zusätzlich der Einfluss verschiedener Kühlkonzepte untersucht. Zur Beurteilung der Beschichtungen werden die Schichteigenschaften sowie der Auftragswirkungsgrad bestimmt.

Ziel dieses Forschungsprojektes ist es, den Prozess des Beschichtens von rotationssymmetrischen Innenflächen mittels HVOF/HVAF-Innenbrennern wissenschaftlich und zugleich anwendungsnah zu untersuchen, die Prozessführung entsprechend anzupassen und in die industrielle Praxis zu transferieren. Die unmittelbaren wirtschaftlichen Vorteile für die KMU ergeben sich aus der Erschließung neuer Anwendungen und Geschäftsfelder in denen die thermische Spritztechnik bis dato noch nicht etabliert ist.

Ergebniszusammenfassung:

In dem Projektvorhaben wurden die prozesstechnischen Randbedingungen sowie signifikante Prozesseinflussgrößen bei der HVOF/HVAF Innenbeschichtung von rotationssymmetrischen, zylindrischen Bauteilkomponenten identifiziert. Darüber hinaus wurden prozess-technologische und werkstoff-technologische Ansätze qualifiziert, welche es dem Anwender ermöglichen, einen praxistauglichen Schichtauftrag bei kurzen Spritzabständen zu erzielen. Neben dem Einsatzpotential feinfraktionierter Spritzzusätze sowie adaptiver Bauteilkühlkonzepte wurden Einschränkungen beim Prozessieren von feinfraktionierten Spritzzusätzen aufgezeigt.

Die gewonnenen Erkenntnisse bieten einem breiten Nutzerkreis bestehend aus Lohnbeschichter und Anwender die Möglichkeit, die Innenbeschichtung als ergänzenden Lösungsansatz im Bereich der Oberflächentechnik einzusetzen und dadurch ihr Produktportfolio zu erweitern. Die Erweiterung des Leistungsspektrums dient der Erschließung neuer Märkte sowie der Absicherung des Bestandskundengeschäfts. Neben Lohnbeschichter und Anwender umfasst der Nutzerkreis zudem Spritzzusatzhersteller/Spritzzusatzlieferanten (Bedarf feinfraktionierter Spritzzusätze) sowie Anlagenhersteller (Prozessieren feinfraktionierter Spritzzusätze). Die Anwendungsgebiete für die im Projektvorhaben untersuchten ID HVOF/HVAF gespritzten WC-Co(Cr), Cr3C2-NiCr sowie Fe-basierte Schichtsysteme sind vielseitig und finden überall dort Anwendung, wo innenliegende Funktionsflächen hohen tribologischen Beanspruchungen ausgesetzt sind. Dazu zählen vor allem die Luft- und Raumfahrttechnik (z. B. Fahrwerkskörper), die Automobilindustrie und das Transportwesen (z. B. Motor- und Getriebeteile), die Energie- und Verfahrenstechnik (z. B. in Mischern oder Turbinen), die Öl- und Gasindustrie (z. B. Pumpen-, Ventil- und Kompressorenbau), die kunststoffverarbeitende Industrie (z. B. Doppelschneckenextruder, Extrudergehäuse) und der allgemeine Maschinenbau (z. B. Rohrleitungen, Buchsen).