– Höchste Qualität und Präzision

Von Dr. Alexander Barth, STI Group Hartchrom AG, Steinach/Schweiz

Für moderne Anwendungen in der Film- und Folienherstellung werden Oberflächen benötigt, die spiegelnd poliert und ohne jeglichen Defekt sind. Auf der anderen ­Seite müssen diese Oberflächen extrem hart und widerstandsfähig sein, um lange Standzeiten der Maschinenkomponenten zu gewährleisten. Karbidische Werkstoffe, die mittels HVOF aufgebracht werden, sind seit einigen Jahren auf Walzen für unterschiedliche Anwendungen im Einsatz. Die Struktur der Beschichtungen ist heterogen und besteht aus feinen keramischen Partikeln aus Wolframkarbid oder Chromkarbid, die in einer metallischen, korrosionsfesten Matrix eingebettet sind, was Schichthärten von bis zu 1400 HV0,3 erlaubt und gleichzeitig eine hohe Zähigkeit und Schlagbeständigkeit bietet.

Die bisher verfügbaren Oberflächengüten erreichten aber nicht Werte, die mit Hartverchromungen Standard sind. Bei der innovativen Beschichtungslösung STI-HighGlossTS werden modernste Werkstoffe und die neueste Beschichtungstechnik, der Ultra-­HVOF-Prozess, eingesetzt, um bisher für thermisch gespritzte Beschichtungen unerreichte Oberflächenqualitäten zu bieten. Die Entwicklung beinhaltete die gesamte Prozesskette, von der Oberflächenvorbehandlung, dem Beschichtungsprozess, den eingesetzten Werkstoffen, bis hin zum Schleif- und Poliervorgang. Unterschiedliche Schichtzusammensetzungen decken eine große Bandbreite an Anforderungen ab. Daneben können auch für einen bestimmten Werkstoff die Oberflächengüte und -struktur maßgeschneidert auf die jeweiligen Anforderungen angepasst werden.

HVOF-Beschichtungen haben sich in einer Vielzahl von Anwendungen als Verschleiß- und Korrosionsschutz bewährt und zeichnen sich im Vergleich zu anderen Technologien durch deutlich höhere Beständigkeit gegen Partikelerosion und Reibverschleiß aus sowie durch hohe Schnittfestigkeit. Dank des neuen Ultra-HVOF-Verfahrens (Abb. 1) kann im Beschichtungsprozess eine weitere Steigerung der Partikelgeschwindigkeit bei gleichzeitig geringerer Prozesstemperatur erreicht werden. Zusätzlich werden durch den Einsatz von optimierten Pulverwerkstoffen Beschichtungen mit einer Härte von bis zu 1400 HV0,3 und hohe Adhäsion, Kohäsion und Zähigkeit erreicht. Die STI-HighGlossTS-Beschichtungen vereinen durch optimierte Nachbearbeitung diese Eigenschaften mit einer Oberflächengüte von bis zu Rmax < 0,1 µm. Eine genau austarierte Auftragsrate, optimierte Bauteilkühlung und Prozessführung garantieren, dass trotz der hohen Gesamtleistung von über 200 kW des HVOF-Brenners, die Walzen Temperaturen von 150 °C nicht überschreiten. Je nach Bedarf kann dieser Wert auch weiter reduziert werden. Die optimale Auslegung und großzügige Dimensionierung der HVOF-Anlage auf zylinderförmige Bauteile reduziert signifikant das Einbringen von Fremdpartikeln, Oxidclustern und sogenanntem Overspray (nicht deponiertes Beschichtungsmaterial), was die Porosität weiter ­herabsetzt.

Hochglanzoberflächen, maßgeschneidert

Für extrem niedrige Rauheitswerte ohne offene Poren und Risse ist eine vollkommen dichte Beschichtung eine unerlässliche Voraussetzung. Dies wurde durch den Einsatz von Karbidpartikeln im Sub-Mikronbereich und den Ultra-HVOF-Prozess erreicht. Die dichte Struktur führt auch zu einer verbesserten Kohäsion und damit zu einer hohen Verschleißbeständigkeit. Gegenüber keramischen Oberflächen sind die STI-HighGlossTS-Beschichtungen deutlich schlag- und abra­sionsbeständiger.

Auf der ICE Europe 2017, einer ­Fachmesse der Film- und Folienindustrie in München, konnte sich das Fachpublikum von der hohen Qualität überzeugen (Abb. 2). Die nochmals deutlich verbesserte Oberflächenrauheit ­gegenüber den bisher eingesetzten HVOF-Karbidbeschichtungen fand eine hohe Anerkennung (Tab. 1).

 

Die am meisten verwendete Zusammensetzung besteht aus Wolframkarbidpartikeln in einer Matrix aus Chrom und Kobalt. Durch ­einen unterschiedlichen Gehalt an Metallmatrix und deren Zusammensetzung kann die Härte variiert werden. Materialien mit ­einer Matrix auf Nickelbasis zeichnen sich durch eine besonders hohe Zähigkeit aus. Die STI-HighGlossTS 1400FC erreicht die höchsten Härtewerte über 1400 HV0,3. Für die Beschichtung STI-HighGlossTS 1300FC liegt der Wert bei über 1300 HV0,3. Diese Oberfläche ermöglicht durch die geringe Porosität ein exzellentes Oberflächenfinish von bis zu Rmax < 0,1 µm, wie es bisher noch nicht verfügbar war. Abbildung 3 zeigt die Schicht in Aufsicht und im Querschliff. Die dichte Struktur zeigt sich besonders in der porenfrei polierten Oberfläche. Die vermeintliche Restporosität im Querschliff wird auf Präparationseffekte zurückgeführt.

Für Anwendungen, in denen höhere Einsatztemperaturen auftreten, kann die STI-HighGlossTS 1100CrC verwendet ­werden, die auf Chromkarbid basiert. Dieses Material zeichnet sich durch eine noch bessere Korrosionsbeständigkeit aus. Die Beschichtung STI-HighGlossTS 1000PC ist eine Legierung, die feinste Karbidausscheidungen bildet. Dadurch ist die Beschichtung sehr homogen und besitzt ebenfalls eine sehr geringe Porosität. Die Oberflächenrauheit liegt wie bei STI-HighGlossTS 1300FC bei Rmax < 0,1 µm. Der Werkstoff ist besonders inert gegen ­Chemikalien, wie Säuren und Laugen und ist bei Temperaturen bis 870 °C beständig gegen Oxidation.

Rundumservice

Die STI Hartchrom AG bietet die gesamte Infrastruktur, um Bauteile bis zu 3500 mm Länge, 1100 mm Durchmesser und fünf Tonnen Gewicht komplett bearbeiten zu können.

Neben der Beschichtung neuer Komponenten, spielt auch die Revision gebrauchter Bauteile eine große Rolle. Oft sind bei Walzen weitere Flächen neben der Zylinderoberfläche durch Verschleiß geschädigt, wie zum Beispiel die Lagerstellen der Walzenzapfen. Diese können sehr effizient durch thermisch gespritzte hochlegierte Stähle revidiert werden. Beschädigungen von bis zu 1 mm Tiefe wurden somit wieder ausgebessert und wertvolle Bauteile konnten wieder in Stand gesetzt werden (Abb. 4). Auch Bronzen, Messing oder Nickelbasislegierungen können mit dem gleichen Verfahren aufgebracht werden.

Abb. 5: Galvanische Zwischenschicht für verbesserte Haftzugfestigkeit und Schutz vor Unterkorrosion

 

Eine Kombination der HVOF-Beschichtung mit einer galvanisch aufgebrachten Zwischenschicht (Abb. 5) verbessert um ein Vielfaches die Beständigkeit gegen Unterkorrosion, auch wenn die karbidische Deckschicht durch übermäßige punktuelle Belastung oder unsachgemäßen Umgang beschädigt wird. Zusätzlich wird die Haftzugfestigkeit verbessert. Die STI Hartchrom AG kann auch hier den gesamten Prozess aus einer Hand anbieten und nach Kundenwünschen und Kundenanforderungen adaptieren.

• www.sti-surface.com

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