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Ruppex

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Dienstag, 24. August 2010, 08:22

8 Nachbehandlung

Spritzschichten werden in den meisten Fällen im nachbearbeiteten Zustand eingesetzt. Die Nachbehandlung dient der Verbesserung der Oberflächengüte und der Schichteigenschaften sowie der Einstellung geforderter Toleranzen (Wielage 2006). Zur Nachbehandlung zählen mechanische, thermische oder chemische Arbeitsschritte und Versiegelungsmethoden (DIN ISO 14924).

8.1 Mechanische Nachbehandlung
Je nach Schichtwerkstoff und gewünschter Oberflächengüte werden Spritzschichten durch Drehen, Fräsen, Schleifen und Polieren bearbeitet. Dabei muss den charakteristischen Eigenschaften von Spritzschichten Rechnung getragen werden. Im Unterschied zur Bearbeitung von Massivkörpern müssen Schneidstoffe und -parameter so gewählt werden, dass der Schichtsubstratverbund nicht geschädigt und eine ausreichend hohe Werkzeugstandzeit erreicht wird. Insbesondere Cermetschichten stellen aufgrund der Mischung aus zähen Matrizes und hohen Hartstoffanteilen besondere Herausforderungen an die Werkzeugeigenschaften. Für die Bearbeitung müssen dann Schneidstoffe aus Hartmetall oder Keramik verwendet werden. Weiche Schichtmaterialien, wie bspw. Aluminium- und Kupferlegierungen, lassen sich sehr gut mit Hilfe von Hochgeschwindigkeitsschneidwerkzeugen bearbeiten. Hohe Standzeiten werden mit den Hartmetallqualitäten K01 und K10 (nach DIN ISO 504) und Schnellarbeitsstählen erreicht. Für Metalllegierungen hoher Härte (> 60 HRC) eignen sich CBN-Schneidstoffe (kubisches Bornitrid). Prinzipiell ist die Durchführung von Probeschnitten zu empfehlen. Beim Einsatz von Kühlschmierstoffen ist darauf zu achten, dass diese die Schichtporosität und eventuell vorhandene Mikrorisse infiltrieren können (s. Rehbinder-Effekt). Mögliche negative Auswirkungen sind Trocknungsflecke aber auch das Auftreten hoher hydrostatischer Drücke beim Zerspanen, die ein Abplatzen von Schichtbestandteilen hervorrufen. Bei mikroporösen und rissigen Schichten sollte auf den Einsatz von Kühlmittel verzichtet werden.
Da beim Schleifen von Spritzschichten nicht auf eine Kühlung verzichtet werden sollte, ist eine vorherige Versiegelung der Oberfläche ratsam. Für das Schleifen können Standardschleifkörper, -scheiben und -bänder verwendet werden, die auch für entsprechende Massivkörper geeignet sind.
Nachfolgende Bearbeitungsschritte zum Schleifen sind das Polieren, Läppen und so genannte Superfinishing-Verfahren. Damit können Oberflächen mit Rauheiten bis Ra = 0,05 eingestellt werden (vorrangig bei Keramiken).
Beim Bohren und Sägen von Spritzschichten sind die auf die Schicht wirkenden Belastungen möglichst gering zu halten. Um ein Abplatzen zu verhindern, sollte stets gegen die Schicht in Richtung des Grundwerkstoffs gearbeitet werden.
Zur Verringerung der Porosität bzw. zum Verdichten der Schicht wird in seltenen Fällen, insbesondere bei Flamm- und Lichtbogenspritzschichten, das Kugelstrahlen eingesetzt.

8.2 Thermische Nachbehandlung
Die thermische Nachbehandlung von Spritzschichten verfolgt verschiedene Ziele und dient bspw. der Verbesserung der Schichteigenschaften und Anbindung zum Grundwerkstoff. Thermische Nachbehandlungen dürfen nur dann ausgeführt werden, wenn das Zeit-Temperatur-Regime keinen kritischen Einfluss auf die Eigenschaften des Grundwerkstoffs hat.
Zur Haftungsverbesserung und Minimierung der Porosität dient das so genannte Einschmelzen (DIN EN ISO 14920). Entsprechende Legierungen (meist selbstfließende Nickel- und Kobaltbasislegierungen) zeichnen sich durch einen niedrigen Schmelzpunkt aus. Zur Erwärmung können die Spritzgeräte, ohne Zugabe von Zusatzwerkstoff verwendet werden. Prinzipiell sind aber auch alle anderen Verfahren zur Bauteilerwärmung geeignet. Beim Einschmelzen ist mit einem Einschrumpfen, d.h. einer Schichtdickenabnahme von bis zu 25 % zu rechnen.
Zur Haftverbesserung finden auch das Diffusionsglühen in Inertgasatmosphäre oder das Heißisostatische Pressen (HIP) Anwendung.

8.3 Chemische Nachbehandlung
Die chemische Nachbehandlung dient meist der Veränderung der optischen Eigenschaften der Oberfläche (Mattieren oder Einfärben). Chemische Prozesse, wie bspw. das chemische Vernickeln, sind aber auch zum Verschließen oberflächlicher Poren anwendbar.

8.4 Versiegelung von Spritzschichten
Um Bauteile mit porösen Beschichtungen gegenüber Korrosionsmedien zu schützen, werden Versiegelungsmethoden angewendet. Um eine gleichmäßige Penetration des Versiegelers in die Schicht zu erreichen, muss dieser eine ausreichende Viskosität aufweisen. Typische Versiegler auf Basis von Phenolharzen und Hartwachsen werden unmittelbar nach dem Spritzen aufgebracht und ausgehärtet. Zur Verbesserung der Gleiteigenschaften kommen PTFE-haltige Kunststoffe zum Einsatz. Alternative Verfahren zum Verschließen von Poren und Rissen sind bspw. die Sol-Gel-Technik, das Galvanisieren, chemische Prozesse oder die gezielte Oxidation der Schicht.


(c) Dr.-Ing. Christian Rupprecht (Verwendung von Text- und Bildmaterial nur mit ausdrücklicher Erlaubnis)

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