Flammspritzverfahren
Der Prozess des Flammspritzens umfasst alle Thermischen Spritzverfahren, bei denen ein Beschichtungswerkstoff mittels einer Flamme aufgeheizt – in der Regel auch aufgeschmolzen – und auf eine zuvor gestrahlte Werkstückoberfläche gespritzt wird.
Dabei kann das Beschichtungsmaterial pulver-, stab-, schnur- oder drahtförmig vorliegen. Im Weiteren unterscheidet man zwischen Flammspritzverfahren, bei denen das Beschichtungsmaterial nur durch die Flamme selbst beschleunigt und auf die zu beschichtende Oberfläche geschleudert wird, oder ob ein zusätzliches Zerstäubergas, z.B. Druckluft, verwendet wird.
Die Eigenschaften von flammgespritzten Schichten unterscheiden sich sehr deutlich voneinander, je nach dem verwendeten Verfahren und den Spritzparametern.
Neben dem Plasma- und Laserspritzen kommen bei Fa. Häuser für bestimmte Anwendungen auch folgende Flammspritzverfahren zum Einsatz:
Drahtflammspritzen
Beim Drahtflammspritzen wird ein in Drahtform vorliegender Beschichtungswerkstoff in eine Flamme eingeführt und aufgeschmolzen. Die flüssigen Partikel werden dann durch ein Zerstäubergas (in der Regel Druckluft) beschleunigt und auf die Werkstoffoberfläche aufgetragen. Varianten dieses Verfahrens umfassen auch das Stab- und Schnurflammspritzen. Typische Werkstoffe sind dabei Aluminium sowie Zink-Aluminium-Legierungen, die als atmosphärischer Korrosionsschutz dienen.
Pulverflammspritzen
Das Prinzip des Pulverflammspritzens ähnelt stark dem Drahtflammspritzen, wesentliches Unterscheidungsmerkmal ist der in Pulverform vorliegende Beschichtungswerkstoff, der die Verarbeitung von Legierungen ermöglicht, die nicht in Draht- oder Stabform herstellbar sind.
Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen (HVOF)
Eine Abwandlung des Pulverflammspritzens ist das Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen (HVOF – High Velocity Oxygen Fuel). Bei diesem Verfahren erreichen die im Gasstrom beschleunigten, aufgeschmolzenen Pulverpartikel mehrfache Schallgeschwindigkeit. Die so entstehenden Schichten zeichnen sich durch eine hohe Dichte und geringe Porosität aus, was sie spröder, aber weniger duktil macht. Diese Eigenschaften prädestinieren HVOF-Schichten insbesondere für Verschleißschutzanwendungen, beispielsweise mit Chromoxid-Legierungen. Je nach Pistolenkonfiguration werden neben brennbaren Gasgemischen auch flüssige Brennstoffe wie Petroleum, Kerosin oder Ethanol eingesetzt.
Detonationsspritzen
Eine weitere Abwandlung des Pulverflammspritzens stellt das sog. Detonationsspritzen dar, bei dem der pulverförmige Beschichtungswerkstoff in eine Brennkammer eingeführt wird und in der ein Gasgemisch über einen elektrischen Impuls in hoher Frequenz zur Detonation gebracht wird. Die hierbei durch Expansion des Gasgemisches entstehende Schockwelle beschleunigt die aufgeschmolzenen Pulverteilchen ebenfalls bis auf Geschwindigkeiten von ca. 600m/s. Das Detonationsspritzen wird auf Grund seiner spezifischen Schichteigenschaften heute vorwiegend bei der Beschichtung von Turbinenbauteilen eingesetzt. In vielen anderen Anwendungsfällen ist es jedoch durch die Weiterentwicklung des HVOF-Verfahrens abgelöst worden.
Infolge der exothermen Reaktion bei Flammspritzverfahren während des Verbrennungsprozesses und der hierdurch entstehenden unerwünschten Wärmeeinbringung in das zu beschichtende Werkstück sind insbesondere sauerstoffaffine Werkstoffe und Legierungen sowie auch wärmeempfindliche Werkstücke nicht oder nur mit großem Aufwand zu beschichten.
Kaltgasspritzen
Aus diesem Ansatz heraus wurde das sog. Kaltgasspritzen als weitere Verfahrensvariante entwickelt. Die entstehenden Gastemperaturen liegen hier in der Regel etwas unterhalb des Schmelzpunktes des Beschichtungsmaterials. Die injizierten Spritzwerkstoffpartikel werden jedoch auf eine so hohe Geschwindigkeit beschleunigt, dass sie im Gegensatz zu anderen thermischen Spritzverfahren auch ohne vorangehendes An- oder Aufschmelzen beim Aufprall auf das Substrat eine dichte und fest haftende Schicht bilden. Typische Anwendungsfälle finden sich in der Automobilindustrie sowie der Turbinentechnik.