Wie „dick“ darf es sein?

Keramische Schichten erhöhen Funktionalität und Standzeit metallischer Bauteile

09. Juli 2010

In vielen Bereichen der Metallbearbeitung verbessern Werkzeugbauer und Zulieferer heute die Oberflächenqualität ihrer Form- und Bauteile mit keramischen Schichten. Häufige Gründe dafür sind ein erhöhter Schutz vor Verschleiß, der Wunsch nach elektrischer Isolation oder der Ausschluss von Kontaktreaktionen. Zu den führenden Entwicklern innovativer Beschichtungslösungen gehört das WZR in Rheinbach. Um das optimale Ergebnis zu erreichen, setzt es verschiedene Dick- und Dünnschicht-Verfahren ein.

Getriebe-Komponenten verleihen sie einen erhöhten Verschleißschutz, hitzefeste Förderrollen für die Hüttentechnik bewahren sie vor schädlichen Kontaktreaktionen und Transformatoren erlangen durch sie ihre elektrische Isolation – überall erhöhen keramische Coatings heute die Leistungsfähigkeit metallischer Bauteile. Aber welche Keramikschicht ist die richtige und wie findet sie ihren Weg auf die Metall-Oberfläche? Die Antworten darauf kennt man beim WZR in Rheinbach, einem der führenden technischen Dienstleister auf diesem Gebiet.

Mit High-Speed aufs Metall

Eines der zentralen Oberflächen-Verfahren im Programm des WZR ist das Flammspritzen. Mit dieser thermischen Dickschicht-Technologie lassen sich metallische Formteile und Werkzeuge ohne aufwändige konstruktive Vorbedingungen schnell und wirtschaftlich beschichten. Es eignet sich auch hervorragend, um bereits realisierte Serien- und Ersatzteile nachträglich oberflächentechnisch zu optimieren. Beim Flammspritzen werden die keramischen Partikel über die Acetylen-Sauerstoff-Verbrennung (> 3000°C) mit hoher Geschwindigkeit auf das metallische Werkstück „geschossen“. Das Ergebnis ist eine nahezu dichte, haftfeste Keramikschicht. Deren Dicke beträgt je nach Anwendung zwischen 100 bis 1000 µm.

Sehr viel dünnere Schichten auftragen lassen sich mit Sol-Gel-Verfahren, die ebenfalls zum Angebot des WZR gehören. Hiermit werden oxidkeramische und keramisch-organische Coatings mit nanokristalliner Struktur erzeugt. Gewonnen werden diese Schichten in einem nass-chemischen Transformationsprozess, bei dem in Wasser oder Lösungsmittel dispergierte Nanopartikel (Sole) über eine Gelphase dreidimensional vernetzt und durch eine Wärmebehandlung in einen keramischen Feststoff überführt werden. Die eigentliche Beschichtung erfolgt durch Besprühen des Metallteils oder dessen Eintauchen in ein Sol-Bad. Der zunächst flüssige Sol-Film trocknet, verfestigt sich und wird dann der Wärmebehandlung unterzogen. Abschließend erfolgt das Sintern. Das Ergebnis ist eine oxidkeramische Dünnschicht von weniger als 1 µm!