Übersicht_Oberflächentechnik
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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 [email protected] www.novaswiss.com Ausgabe: 2014-v1d Oberflächen-/Beschichtungstechnik Das Unternehmen