Analyse der wesentlichen Unterschiede zwischen Überschallspritzen und Plasmaspritzen
In den letzten Jahren hat die Anwendung der thermischen Spritztechnologie zur Oberflächenverfestigung im High-End-Anlagenbau kontinuierlich zugenommen. Ultraschallspritzen und Plasmaspritzen, zwei gängige Verfahren, eignen sich aufgrund ihrer unterschiedlichen Eigenschaften für verschiedene industrielle Anforderungen. Chengdu Daguang New Materials Co., Ltd., ein führendes Materialunternehmen der Branche, beschäftigt sich seit über 20 Jahren intensiv mit der Forschung, Entwicklung und Produktion von thermischen Spritzpulvern. Dank eines vollständig ausgestatteten Prozesslabors erfüllt das Unternehmen die Materialanforderungen beider Spritzverfahren optimal. Sein Wolframcarbid-Spritzpulver WC-10Co4Cr gilt als Referenzmaterial und verdeutlicht die Anwendungsgrenzen der beiden Verfahren.
Die wesentlichen Unterschiede zwischen den beiden Spritztechnologien konzentrieren sich auf drei Dimensionen: Wärmequelle, Partikelgeschwindigkeit und Beschichtungsqualität. Beim Plasmaspritzen wird ionisiertes Inertgas zur Erzeugung eines Plasmabogens mit Temperaturen von mehreren zehntausend Grad Celsius genutzt. Die Flammentemperatur kann 10.000–30.000 °C erreichen, während die Partikelausstoßgeschwindigkeit lediglich 150–800 m/s beträgt. Diese hohe Temperatur ermöglicht das Schmelzen hochschmelzender Keramikpulver wie Aluminiumoxid und Zirkonoxid, was zu einer sehr breiten Materialverträglichkeit führt. Die kinetische Energie der Partikel ist jedoch unzureichend, was in der Regel eine geringe Porosität von 5–15 % in der Beschichtung und eine relativ geringe Haftfestigkeit zur Folge hat. Beim Überschallspritzen wird die Verbrennung von Brennstoff und Sauerstoff zur Erzeugung einer Überschallflamme genutzt. Die Flammentemperatur liegt bei etwa 2500–3000 °C, und die Partikelgeschwindigkeiten übersteigen 300 m/s. Die extrem hohe kinetische Energie des Pulvers ermöglicht es ihm, auf das Substrat aufzutreffen und eine ausreichende plastische Verformung zu erfahren. Die Porosität der Beschichtung lässt sich auf unter 1 % kontrollieren, bei einer Haftfestigkeit von über 70 MPa. Das Material ist dicht, verschleißfest und korrosionsbeständig. Sein Nachteil besteht darin, dass es sich nicht für die Verarbeitung von Spezialkeramiken mit ultrahohem Schmelzpunkt eignet.
Hinsichtlich der Einsatzmöglichkeiten weisen die beiden Verfahren eine klare Aufgabenteilung auf. Plasmaspritzen eignet sich besser für Hochtemperaturisolierung, elektrische Isolierung und spezielle Keramikschutzanwendungen, wie beispielsweise Wärmedämmschichten für Triebwerke und keramische Isolierbeschichtungen für Ventile. Überschallspritzen wird primär für hochbelastete, verschleißfeste und korrosionsanfällige Anwendungen eingesetzt; es ist das bevorzugte Verfahren für Bauteile wie Öl- und Gasventileinsätze, Papierrollen, Hydraulikkolbenstangen und Flugzeugfahrwerke. Chengdu Daguang New Materials Co., Ltd. hat eigenständig WC-10Co4Cr Wolframcarbid-Spritzpulver, ein Kernmaterial für das Überschallspritzen, entwickelt und produziert. Das Pulver wird mittels Agglomerationssintern hergestellt, wobei eine WC-Hartphase mit einer Kobalt-Chrom-Legierungsmatrix kombiniert wird. Dadurch werden sowohl extrem hohe Verschleißfestigkeit als auch Beständigkeit gegen Salzsprühnebelkorrosion erreicht. Nach dem Überschallspritzen kann die Härte der Beschichtung HV1100-1300 erreichen, bei minimaler Zersetzung von Wolframcarbid und ohne großflächige Oxidation. Dadurch eignet sie sich perfekt für die stark abrasiven und korrosiven Umgebungen der Schifffahrts-, Chemie- und Bergbauindustrie.
Wird das WC-10Co4Cr-Pulver von Chengdu Daguang mittels Plasmaspritzen verarbeitet, kann die extrem hohe Flammentemperatur leicht zu Überhitzung und Zersetzung der Wolframcarbidkörner führen. Dies resultiert in einer hohen Porosität der Beschichtung und einer deutlich reduzierten Korrosions- und Verschleißbeständigkeit. Daher eignet es sich nur für die Reparatur von gering belasteten und leicht verschlissenen Teilen. Um dieses Problem zu lösen, hat die Chengdu Daguang New Materials Co., Ltd. ein Testlabor für Plasma- und Ultraschallspritzen eingerichtet und WC-10Co4Cr-Pulver mit unterschiedlichen Partikelgrößen für die jeweiligen Verfahren auf den Markt gebracht. Beim Ultraschallspritzen wird ein feinkörniges Pulver verwendet, um eine dichte Beschichtung zu gewährleisten, während beim Plasmaspritzen ein gröberes Pulver zum Einsatz kommt, um das Abbrennen bei hohen Temperaturen zu reduzieren. Zusätzlich wird ein Nickelbasis-Grundierungspulver verwendet, um das Abblättern und Abplatzen der Beschichtung zu verhindern.
Als führendes Hightech-Unternehmen im Bereich thermisches Spritzpulver in China verfügt Chengdu Daguang New Materials über zwei große Produktionsstätten in Longquan und Xindu mit acht Pulverproduktionslinien und einer jährlichen Produktionskapazität von 5.000 Tonnen verschiedener Spritzpulver. Das Produktportfolio umfasst über 200 verschiedene Wolframcarbid-, Nickel-, Kobalt- und Keramikpulver und beliefert über tausend Fertigungsunternehmen im In- und Ausland. Das Forschungs- und Entwicklungsteam des Unternehmens optimiert kontinuierlich die Morphologie und das Zusammensetzungsverhältnis des WC-10Co4Cr-Pulvers und passt die Parameter an zwei Spritzverfahren an, um Kunden integrierte Lösungen aus Pulver und Spritzprozess anzubieten.
Branchenexperten betonen, dass Ultraschallspritzen und Plasmaspritzen nicht grundsätzlich überlegen sind; entscheidend sind die Betriebsbedingungen des Werkstücks und die Kompatibilität des Materialsystems. Harte, verschleißfeste Werkstoffe, wie beispielsweise das Wolframcarbidpulver WC-10Co4Cr von Chengdu Daguang, dienen als typisches Beispiel, um die Anwendungsbereiche beider Verfahren zu verdeutlichen. Durch die Nutzung von Prozessprüfdaten professioneller Materialhersteller können Unternehmen bei der Materialauswahl die Lebensdauer ihrer Bauteile deutlich verlängern und die Wartungskosten senken. Chengdu Daguang New Materials wird seine Innovationen im Bereich thermischer Spritzpulver weiter vorantreiben, sich gleichzeitig an die Weiterentwicklungen der beiden gängigen Spritzverfahren anpassen und so zur Verbesserung der Oberflächenveredelung von High-End-Anlagen in China beitragen.
Wolframcarbid-Sprühpulver für Überschallspritzen
Wolframcarbid-Sprühpulver für Überschallspritzen
Chromcarbid-Sprühpulver für Überschallspritzen