Thermisches Spritzen

Die Verfahren des thermischen Spritzens, welche wir auch als thermokinetisches Beschichten bezeichnen nutzen die thermische Energie aus einer Verbrennung oder einer elektrischen Quelle um Material aufzuschmelzen und in einem Gasstrom zu beschleunigen.

Auf der Oberfläche treffen somit erhitzte Partikel auf, welche entweder schmelzflüssig sind oder zumindest bis in die Nähe ihres Schmelzpunktes erhitzt wurden. Es handelt sich somit um eine ganze Verfahrensgruppe, welche auch Eingang in die entsprechende Normierung der DIN (DIN EN 657, Thermisches Spritzen) gefunden hat. Historisch gesehen hat sich das thermische Spritzen vor über hundert Jahren parallel mit den Auftragsschweißverfahren entwickelt und weist mit dieser Gruppe auch viele Parallelen auf.

Eine Einteilung der unterschiedlichen Verfahrensvarianten gelingt am besten, wenn man sich die unterschiedlichen Energiequellen anschaut (Bild 1). Bei der Erzeugung eines Heißgases aus einer Verbrennung oder mit Hilfe eines Lichtbogens kann man die Gasexpansion entsprechend zur Beschleunigung der Partikel nutzen man kombiniert also immer thermische Energie und kinetische Energie (thermokinetisches Beschichten). Sinnvollerweise kommen hierbei Düsenkonfigurationen zum Einsatz, mit denen man Gasgeschwindigkeiten auch im mehrfachen Überschall erreichen kann.

Daher lassen sich mit einigen Varianten auch sehr hohe Partikelgeschwindigkeiten erzielen, welche bis über 1000 m/s liegen können. Damit lassen sich sehr gut haftende und dichte Beschichtungen auf allen erdenklichen Substratwerkstoffen erzielen.

Bezüglich der Beschichtungswerkstoffe bietet das thermische Spritzen ein großes Spektrum. Fast alle metallischen Werkstoffe, die meisten Oxidkeramiken, Polymere, viele Sonderwerkstoffe und sogar biokeramische Werkstoffe lassen sich über das thermische Spritzen verarbeiten. In modernen Entwicklungen kommen ständig neue Werkstoffe und Composites hinzu. Das Anwendungsspektrum ist inzwischen unüberschaubar groß und wird ständig erweitert (Bild 2).

Am IFKB betreiben wir die klassischen industriellen Verfahrensvarianten Elektrolichtbogen-Drahtspritzen, Plasmaspritzen und Hochgeschwindigkeitsflammspritzen (Bild 3). Diese werden am Institut auf neue Anwendungen hin weiterentwickelt. Dies geschieht vor allem im Hinblick auf die Form und Zusammensetzung der Spritzzusätze (Bild 4), darunter Suspensionen, flüssige Präkursoren und Filamente.