Traditionelle Methoden der Oberflächenbehandlung

Bei der Hartverchromung wird eine dünne Chromschicht galvanisch auf Metalloberflächen aufgebracht, um die Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit von Anwendungen wie Hydraulikzylindern und Walzen zu erhöhen. Trotz ihrer weit verbreiteten Verwendung in Branchen wie der verarbeitenden Industrie oder der Offshore-Industrie ist die Hartverchromung jedoch dafür bekannt, dass sie in anspruchsvollen Umgebungen einige entscheidende Schwachstellen aufweist. Die Chromschicht ist mechanisch gebunden, was bei starker Belastung oder Temperaturschwankungen zu schlechter Haftung und Rissbildung führen kann. Obwohl Hartchrom eine widerstandsfähige Außenschicht bildet, ist sie spröde und neigt zum Abblättern oder Abplatzen, wenn sie Stößen oder ständiger mechanischer Belastung ausgesetzt ist, was ihre Haltbarkeit in anspruchsvollen Umgebungen einschränkt.

Hartverchromung ist auch anfällig für Lochfraß und Rostbildung, wenn sie Feuchtigkeit ausgesetzt ist, insbesondere wenn die schützende Ölschicht auf den Zylinderstangen aufgrund mangelnder Bewegung fehlt und die beschichtete Oberfläche den Elementen ausgesetzt ist. Außerdem wird bei diesem Verfahren hexavalentes Chrom (Cr6) verwendet. Chrom-6 ist eine Chemikalie, die häufig in verschiedenen industriellen Beschichtungen verwendet wird, die jedoch mit ernsthaften Gesundheitsrisiken verbunden ist. Aus diesem Grund hat die Europäische Kommission ihre Verwendung erheblich eingeschränkt, und es wird erwartet, dass nach den derzeitigen Vorschriften ein vollständiges Verbot ausgesprochen wird. Während Hartchrom unter moderaten Bedingungen mehrere Jahre halten kann, muss es in aggressiveren Umgebungen häufig gewartet werden, z. B. durch erneutes Auftragen und Polieren, um seine Schutzeigenschaften zu erhalten.

Thermisches Spritzen bezieht sich auf eine Reihe von Verfahren, bei denen erhitzte oder geschmolzene Materialien auf eine Oberfläche gesprüht werden, um eine Schutzschicht zu erzeugen. Das thermische Spritzen wird in Branchen wie der Luft- und Raumfahrt und der Energieerzeugung eingesetzt und ermöglicht das Aufbringen von Beschichtungen aus Legierungen, Keramik und Verbundwerkstoffen. Der Hauptvorteil des thermischen Spritzens liegt in seiner Vielseitigkeit, da es große Oberflächen mit relativ dicken Schichten beschichten kann. Allerdings sind thermische Spritzschichten, einschließlich des Plasmaspritzens, in der Regel mechanisch mit dem Substrat verbunden, was bedeutet, dass ihnen die metallurgische Bindung fehlt, die das Laserauftragsschweißen bietet. Dadurch sind sie anfälliger für Risse, Abplatzungen und Delaminierung, insbesondere bei starker mechanischer Belastung oder thermischer Beanspruchung.

Während thermisch gespritzte Beschichtungen unter bestimmten Bedingungen eine ausgezeichnete Beständigkeit aufweisen, ist ihre Wirksamkeit in stark korrosiven Umgebungen, in die Feuchtigkeit und Chemikalien eindringen können, begrenzt, was zu einer möglichen Korrosion des darunter liegenden Materials führen kann. Darüber hinaus können thermisch gespritzte Beschichtungen in Anwendungen, in denen die Bauteile sowohl hohen Temperaturen als auch mechanischer Belastung ausgesetzt sind, schneller als erwartet abgenutzt werden. Häufige Inspektionen sind unerlässlich, um Abnutzung oder Schäden frühzeitig zu erkennen, da beschädigte Beschichtungen neu beschichtet werden müssen, um einen angemessenen Schutz zu gewährleisten.

Das Plasmaspritzen ist ein thermisches Spritzverfahren, bei dem ein Hochtemperatur-Plasmastrahl verwendet wird, um Materialien zu schmelzen und auf Oberflächen aufzubringen. Es wird häufig für keramische, metallische und Verbundstoffbeschichtungen in Branchen wie der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie und der Energieerzeugung eingesetzt. Das Plasmaspritzen ist vielseitig, aber wie andere thermische Spritzverfahren beruht es auf einer mechanischen Verbindung, die bei mechanischer Belastung oder Temperaturschwankungen zur Delamination neigt.

Bei stark beanspruchten Anwendungen wie Turbinenschaufeln oder Motorkomponenten können plasmagespritzte Beschichtungen im Laufe der Zeit reißen oder abblättern, insbesondere wenn sie Stößen, Vibrationen oder Temperaturschwankungen ausgesetzt sind. Die poröse Beschaffenheit vieler plasmagespritzter Beschichtungen schränkt auch ihren Korrosionsschutz ein, so dass eine regelmäßige Wartung und Neubeschichtung erforderlich ist, um ihre Wirksamkeit in aggressiven Umgebungen zu erhalten.

Plasma-Transferbogen (Plasma Transfer Arc, PTA) ist eine fortschrittliche Technik zur Oberflächenveredelung, mit der dauerhafte, verschleißfeste Beschichtungen auf Metalloberflächen aufgebracht werden. Mit Hilfe eines Hochenergie-Plasmalichtbogens schmilzt das PTA-Verfahren ein Metallpulver oder einen Metalldraht und schafft so eine metallurgische Verbindung mit dem Substrat für eine robuste, lang anhaltende Schicht. PTA-Beschichtungen sind für ihre Festigkeit und Haltbarkeit bekannt und eignen sich besonders für Anwendungen in anspruchsvollen Branchen wie Öl und Gas, Bergbau und Schwermaschinenbau,

wo Bauteile extremem Verschleiß ausgesetzt sind und einen außergewöhnlichen Schutz benötigen. Obwohl PTA eine widerstandsfähige Beschichtung bietet, kann die höhere Wärmezufuhr zu einer breiteren Wärmeeinflusszone führen, was bei dünneren Materialien zu thermischer Belastung oder Verformung führen kann. Außerdem eignet sich PTA in der Regel besser für die Herstellung dickerer Schichten, was zu einem höheren Materialverbrauch und weniger Präzision beim Auftragen feiner oder gleichmäßiger Beschichtungen führen kann.