Flammspritzen


Der Prozess des Flammspritzens bezeichnet alle Thermischen Spritzverfahren, bei dem ein Beschichtungswerkstoff mittels einer Flamme aufgeheizt - in der Regel auch aufgeschmolzen - und dann auf die Werkstückoberfläche gespritzt wird. Dabei kann das Beschichtungsmaterial pulver-, stab-, schnur- oder drahtförmig vorliegen. Im Weiteren unterscheidet man zwischen Flammspritzverfahren, bei denen das Beschichtungsmaterial nur durch die Flamme selbst beschleunigt und auf die zu beschichtende Oberfläche geschleudert wird oder ob ein zusätzliches Zerstäubergas, z.B. Druckluft, verwendet wird. Die Eigenschaften von flammgespritzten Schichten unterscheiden sich sehr deutlich voneinander, entsprechend dem verwendetem Verfahren und den Spritzparametern.

Da verschiedene Flammspritzverfahren bei Fa. Häuser zwar ebenfalls angewendet werden, diese aber eine eher untergeordnete Rolle spielen, werden die typischen Verfahren an dieser Stelle nur kurz dargestellt, allerdings ohne konkrete Anwendungsbeispiele oder Unterschiede zwischen den Verfahren herauszustellen.

 

Drahtflammspritzen

Beim Drahtflammspritzverfahren wird ein in Drahtform vorliegender Beschichtungswerkstoff in eine Flamme eingeführt und aufgeschmolzen. Die abgeschmolzenen Partikel werden mittels eines Zerstäubergases, in der Regel Druckluft, beschleunigt und auf die Werkstoffoberfläche aufgespritzt. Varianten des Drahtflammspritzprozesses sind das Stabflammspritzen und das Schnurflammspritzen. Typische Werkstoffe, die im Drahtflammspritzverfahren verarbeitet werden, sind Aluminium oder Zink-Aluminium-Legierungen als athmosphärischer Korrosionsschutz.

 

Pulverflammspritzen

Das Prinzip des Pulverflammspritzens ähnelt stark dem Drahtflammspritzen, wesentliches Unterscheidungsmerkmal ist der in Pulverform vorliegende Beschichtungswerkstoff, der die Verarbeitung von Legierungen ermöglicht, die nicht in Draht- oder Stabform herstellbar sind.

Eine Abwandlung und Weiterentwicklung des konventionellen Pulverflammspritzens mit das sog. Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen ("HVOF - High Velosity Oxigen Fuel"), bei dem die im Gasstrom beschleunigten, aufgeschmolzenen Pulverpartikel mehrfache Schallgeschwindigkeit erreichen. HVOF-Schichten weisen eine vergleichweise hohe Dichte und geringe Porösität auf und werden aufgrund dieser Eigenschaft gerne zur Herstellung von Verschleißschutzschichten, z.B. aus Chromoxid-Legierungen, verwendet. Als Brennstoff kommen beim HVOF-Verfahren je nach Pistolenkonfiguration neben brennbaren Gasgemischen auch Flüssigkeiten wie z.B. Petroleum, Kerosin oder Ethanol zum Einsatz.

Eine weitere Abwandlung des Pulverflammspritzens stellt das sog. Detonationsspritzen dar, bei dem der pulverförmige Beschichtungswerkstoff in eine Brennkammer eingeführt wird und in der ein Gasgemisch über einen elektrischen Impuls in hoher Frequenz zur Detonation gebracht wird. Der hierbei durch Expansion des Gasgemisches entstehende Schockwelle beschleunigt die aufgeschmolzenen Pulverteilchen ebenfalls bis auf Geschwindigkeiten von ca. 600m/s. Das Detonationsspritzen wird aufgrund seiner spezifischen Schichteigenschaften heute vorwiegend bei der Beschichtung von Turbinenbauteilen eingesetzt. In vielen anderen Anwendungsfällen ist es jedoch durch die Weiterentwicklung des HVOF-Verfahrens abgelöst worden.

Aufgrund der exothermen Reaktion während des Verbrennungsprozesses und der hierdurch entstehenden Wärmeeinbringung in das zu beschichtende Werkstück sind insbesondere sauerstoffaffine Werkstoff und Legierungen sowie wärmeempfindliche Werkstücke im Flammspritzverfahren nicht oder nur mit großem Aufwand zu beschichten. Aus diesem Ansatz heraus wurde das sog. Kaltgasspritzen als weitere Verfahrens-Variante entwickelt. Die entstehenden Gastemperaturen liegen in der Regel etwas unterhalb des Schmelzpunktes des Beschichtungsmaterials, die injizierten Spritzpartikel werden jedoch auf eine so hohe Geschwindigkeit beschleunigt, dass sie im Gegensatz zu anderen thermischen Spritzverfahren auch ohne vorangehendes An- oder Aufschmelzen beim Aufprall auf das Substrat eine dichte und fest haftende Schicht bilden. Typische Anwendungsfälle finden sich in der Automobilindustrie sowie ebenfalls in der Turbinentechnik.