Anwendungen von mittels Ultraschall gespritzten Nickel-Chrom-Chromcarbid-Beschichtungen

Im Ultraschallverfahren aufgebrachte Nickel-Chrom-Chromcarbid-Beschichtungen (NiCr-Cr₃C₂) spielen aufgrund ihrer ausgezeichneten Beständigkeit gegen Verschleiß, Korrosion und Erosion bei hohen Temperaturen eine wichtige Rolle beim Schutz von Schlüsselkomponenten in verschiedenen Industriezweigen. Im Folgenden werden typische Anwendungsszenarien und die erzielten Ergebnisse analysiert:

I. Energie- und Stromversorgungsanlagen
1. Kessel-„Vierrohr“-Schutz
In Wärmekraftwerken und Wirbelschichtkesseln sind Wasserwandrohre, Überhitzerrohre, Zwischenüberhitzerrohre und Economizerrohre einer langfristigen Erosion durch hochtemperiertes Rauchgas und Kohlenasche ausgesetzt, was zu einem jährlichen Verschleiß von bis zu 1,5-2,0 mm führt.
Nach dem Aufsprühen von NiCr-Cr₃C₂-Beschichtungen (Schichtdicke 0,3–0,6 mm) reduziert sich der Verschleiß auf 0,03–0,2 mm/Jahr, wodurch die Lebensdauer auf über sieben Jahre verlängert und ungeplante Ausfallzeiten durch Rohrbrüche verringert werden. Typisches Verfahren: Überschall-Lichtbogenspritzen (HVOF) mit einem beschichteten Pulver mit einem Cr₃C₂-Gehalt von 75–80 % zur Verbesserung der Beschichtungshomogenität und der Entkohlungsbeständigkeit.

2. Turbinen- und Gasturbinenkomponenten
- Durchflusskomponenten wie Turbinenschaufeln und Leitschaufeln sind in sandhaltigem Wasser anfällig für Kavitations- und Erosionsschäden.
Durch die Zugabe von Elementen wie Nb und Ta (1-5%) verbessert die Beschichtung die Beständigkeit gegen Reibverschleiß und Kavitation und eignet sich daher für Schaufeln von Wasserkraft- und Gasturbinen.

II. Luft- und Raumfahrt sowie High-End-Ausrüstung
1. Triebwerksbürstendichtung für Start- und Landebahnen
- Bei Rotordichtungen von Verdichtern und Turbinen muss die Beschichtung sowohl eine hohe Haftfestigkeit (43-47,6 MPa) als auch selbstschmierende Eigenschaften aufweisen.
Die Zugabe von Festschmierstoffen wie CaF₂/BaF₂ (Rest) erzeugt eine selbstschmierende Hochtemperaturbeschichtung, die den Bürstenreibungsverlust reduziert und den Betrieb unter 800 °C ermöglicht. – Beispielhafte Prozessparameter: Sprühabstand 340–360 mm, Sauerstoffdurchfluss 1750–1800 l/h, Kerosindurchfluss 5,3–5,5 gal/h.

2. Hochtemperatur-Legierungskomponentenschutz
- Wird an Kompressorschaufelzapfen, Fahrwerksbolzen usw. verwendet, um Reibverschleiß und Oxidation bei hohen Temperaturen zu widerstehen.

III. Petrochemische Industrie und Schwermaschinenbau

1. Bohr- und Spülausrüstung
Komponenten wie Ölbohrkragen, Zentralisatoren und Schlammpumpenauskleidungen sind einer doppelten Belastung durch Sanderosion und korrosive Medien ausgesetzt.
- Die Korrosionsbeständigkeit der Beschichtung ist 30-mal höher als die von Edelstahl (in verdünnter Schwefelsäure), wodurch die Lebensdauer gegen Erosionsverschleiß um das 3- bis 5-fache erhöht wird.
- Für Ventildichtflächen und Laufräder von Chemiepumpen widersteht es den synergistischen Effekten von schwach sauren Medien und Partikelverschleiß.

2. Kompressor- und Schraubenreparatur
- Durch das Besprühen der Kompressorschrauben und Kolbenstangen der Hydraulikzylinder werden Reibung und Verschleiß reduziert, wodurch teure Edelstahlkomponenten ersetzt werden.

IV. Papier- und Textilmaschinen
1. Trockenzylinder und Walzenkomponenten
Nach der Sprühbeschichtung erreicht die Oberflächenhärte der Papiertrocknerzylinder HRC 35–46 (HB 330–420), wodurch der Reibungskoeffizient und der Verschleiß der Schleifscheiben reduziert werden. Dies verkürzt den Schleifzyklus von sechs Monaten auf drei bis vier Jahre und steigert die Papierproduktion um 30 %.
- Walzen und Godetwalzen in Textilmaschinen werden mit Beschichtungen verstärkt, wodurch ihre Lebensdauer deutlich verlängert wird.

2. Korrosionsschutz für Plattenwärmetauscher
- Um Korrosionsproblemen durch alkalische Lösungen vorzubeugen und die Wartungsintervalle zu verlängern, werden die Platten des Breitkanal-Wärmetauschers mit einer 0,3-0,5 mm dicken Beschichtung besprüht.

V. Wichtige Punkte bei der Prozessimplementierung
1. Pulverauswahl
- Bevorzugt werden beschichtete Pulver (75–80 % Cr₃C₂ + 20–25 % NiCr) mit einer Partikelgröße von ≥70 % -325 Mesh und einer Fließfähigkeit von

2. Oberflächenvorbehandlung

- Sandstrahlen bis zur Körnung Sa3 mit einer Rauheit von 50-80 μm. Das Spritzen sollte innerhalb von 3-4 Stunden nach dem Sandstrahlen abgeschlossen sein.

3. Steuerung der Sprühparameter
- HVOF-Flammengeschwindigkeit von 1500-2000 m/s und Temperatur von 2900-3100°C zur Hemmung der Carbidzersetzung (Zersetzungsrate

Zusammenfassung
Nickel-Chrom-Carbid-Beschichtungen eignen sich dank ihres synergistischen Aufbaus aus Hartphase und Binderphase (Cr₃C₂ für Verschleißfestigkeit und NiCr für Korrosionsbeständigkeit) und der Anwendung von Überschall-Sprühtechnologie ideal für die Bewältigung der gleichzeitigen Belastungen durch hohe Temperaturen, Korrosion und Verschleiß. Sie finden bereits Anwendung in Kernbranchen wie Energie, Luftfahrt und Schwerindustrie. Zukünftige Entwicklungen umfassen Nanokomposite (z. B. durch Zugabe von B₄C) und intelligente Verfahren, um die Herausforderung des Langzeitschutzes in extremen Umgebungen weiter zu bewältigen.