Herstellung von Nickel-Chrom-Chromcarbid-Beschichtungen durch Überschallspritzen

Das Überschallspritzen ist eine fortschrittliche Oberflächentechnik, bei der Hochtemperatur-Hochgeschwindigkeitsstrahlen Beschichtungsmaterialien schmelzen oder teilweise anschmelzen und anschließend mit hoher Geschwindigkeit auf ein Substrat aufbringen, um eine Hochleistungsbeschichtung zu erzeugen. Nickel-Chrom-/Chromcarbid-Beschichtungen, die mittels Überschall-Flammspritzen hergestellt werden, finden insbesondere in industriellen Anwendungen breite Verwendung.

I. Technische Grundlagen Die Überschall-Flammspritztechnologie nutzt die intensive Verbrennung eines Brennstoffs (z. B. Kerosin, Propan oder Wasserstoff) mit Sauerstoff unter hohem Druck in einer Brennkammer, um einen Hochtemperatur-Hochdruck-Gasstrom zu erzeugen. Dieser Gasstrom wird beim Durchströmen einer speziell entwickelten Laval-Düse auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt und bildet so einen stabilen Hochgeschwindigkeitsstrahl. Das im Spritzprozess verwendete Verbundpulver aus Nickel-Chrom-Legierung und Chromcarbid wird in diesen Strahl eingespeist, rasch erhitzt, bis es flüssig oder halbflüssig ist, und trifft mit extrem hohen Geschwindigkeiten (typischerweise über 600 m/s) auf die vorbehandelte (z. B. sandgestrahlte) Substratoberfläche. Die geschmolzenen Partikel flachen auf dem Substrat ab, kühlen schnell ab, lagern sich aneinander und erstarren, wodurch schließlich eine dichte, fest haftende Cermet-Beschichtung entsteht.

II. Eigenschaften der Kernbeschichtung Die mit diesem Verfahren hergestellte Nickel-Chrom/Chromcarbid-Beschichtung weist folgende herausragende Eigenschaften auf:

Hervorragende mechanische Eigenschaften: Die Beschichtung vereint hohe Härte mit guter Zähigkeit. Ihre Mikrohärte liegt typischerweise zwischen 760 HV und 995 HV. Die Nickel-Chrom-Legierung, die als Bindemittelphase dient, sorgt für ausgezeichnete Zähigkeit und Haftfestigkeit, während die dispergierte Chromcarbid-Hartphase die Hauptkomponente für den Verschleißschutz bildet. Die durchschnittliche Haftfestigkeit zwischen Beschichtung und Substrat übersteigt 60 MPa.

Dichte Mikrostruktur: Aufgrund der extrem hohen Geschwindigkeit der aufgesprühten Partikel verformen diese sich beim Aufprall vollständig, was zu einer dichten Überlagerung führt und die Porosität der Beschichtung auf ein extrem niedriges Niveau von 1–2 % begrenzt. Die geringe Porosität ist entscheidend für die hervorragende Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit der Beschichtung.

Hervorragende Hochtemperaturleistung: Diese Beschichtung behält ihre stabile Leistung über einen langen Zeitraum im Betriebstemperaturbereich von 538 °C bis 900 °C bei. Sie zeichnet sich durch hohe Härtebeständigkeit bei hohen Temperaturen und signifikante Beständigkeit gegen Oxidation und Gaserosion aus. Untersuchungen zeigen, dass ihre Beständigkeit gegen Feststoffpartikelerosion bei einer hohen Umgebungstemperatur von 620 °C um ein Vielfaches höher ist als die von herkömmlichen hitzebeständigen Stahlsubstraten.

Gute Umweltbeständigkeit: Die Nickel-Chrom-Legierungsbindemittelphase selbst weist eine gute Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit auf. In Kombination mit Chromcarbid bietet die Beschichtung wirksamen Schutz vor Hochtemperatur-Oxidation, Schwefelkorrosion und Erosion durch verschiedene Salznebel und chemische Medien.

III. Hauptanwendungsgebiete

Luft- und Raumfahrt: Wird für verschleiß- und abriebfeste Dichtungen an Heißbauteilen wie Triebwerksverdichterschaufeln und Turbinengehäusen verwendet.

Energy & Power: Weit verbreitet zum Hochtemperaturschutz und zur Lebensdauerverlängerung von Kesselrohren in Kohle- und Gaskraftwerken, Dampfturbinenschaufeln und Gasturbinenübergangsabschnitten.

Industrielle Fertigung: Anwendung bei Schlüsselkomponenten wie metallurgischen Walzen, Hochtemperaturventilen, Führungen für Sinteröfen, Pumpenwellen für die Petrochemie und Gleitringdichtungen.

IV. Nickel-Chrom-Chromcarbid-Werkstoffe, die für das Überschallspritzen geeignet sind.