Thermisches Spritzen erklärt: Verfahren im Vergleich Thermal Spraying Explained: A Process Comparison Natryskiwanie termiczne: porównanie metod

Vier Verfahren – eine Grundidee

Thermisches Spritzen bezeichnet eine Gruppe von Beschichtungsverfahren, bei denen ein metallischer oder keramischer Werkstoff in einer Wärmequelle aufgeschmolzen und mit hoher Geschwindigkeit auf das vorbereitete Bauteil aufgetragen wird. Das Ergebnis ist eine mechanisch fest haftende Schutzschicht, die Verschleiß, Korrosion oder beides zusammen entgegenwirkt.

Die vier in der Praxis relevanten Verfahren unterscheiden sich vor allem in der Wärmequelle, der Partikelgeschwindigkeit und damit im Schichtgefüge:

• Drahtflammspritzen – Acetylen-Sauerstoff-Flamme, Draht als Zusatz
• Pulverflammspritzen – Acetylen-Sauerstoff-Flamme, Pulver als Zusatz
• Lichtbogenspritzen – Elektrischer Lichtbogen zwischen zwei Drähten
• HVOF (High Velocity Oxy-Fuel) – Verbrennungsgas unter Hochdruck, Pulver als Zusatz

Flammspritzen: bewährt und breit einsetzbar

Das Drahtflammspritzen gehört zu den ältesten Verfahren des thermischen Spritzens. Es eignet sich besonders für größere Flächen und Bauteile, bei denen eine moderate Schichtdicke ausreicht. Typische Einsatzgebiete sind Wellenreparaturen, Lageraufmaße und allgemeiner Korrosionsschutz.

Beim Pulverflammspritzen lässt sich die Werkstoffauswahl erheblich erweitern: Neben Metallen kommen auch Keramiken und Cermets zum Einsatz, was das Verfahren für Anwendungen mit erhöhten Temperatur- oder Verschleißanforderungen interessant macht.

Lichtbogenspritzen: effizient für metallische Schichten

Das Lichtbogenspritzen bietet beim thermischen Spritzen von Drähten besonders hohe Abschmelzraten. Zwei Drähte werden unter Spannung zusammengeführt; der dabei entstehende Lichtbogen schmilzt das Material auf, das durch einen Druckluftstrom auf das Substrat beschleunigt wird.

Dieses Verfahren überzeugt durch: - hohe Wirtschaftlichkeit bei großen Flächen - gute Haftfestigkeit bei sorgfältiger Untergrundvorbereitung - Eignung für Zink-, Aluminium- und Verbunddrähte (Korrosionsschutz)

HVOF: maximale Dichte und Haftfestigkeit

Das HVOF-Verfahren gilt heute als das qualitativ anspruchsvollste unter den thermischen Spritzverfahren. Durch die extrem hohe Partikelgeschwindigkeit entstehen sehr dichte, porenarme Schichten mit hervorragender Haftung. Besonders bei verschleißbeanspruchten Bauteilen – Kolbenstangen, Pumpenplunger, Hydraulikzylinder – ist HVOF die erste Wahl.

Die Schichthärten liegen je nach Werkstoff deutlich höher als bei konventionellem Flamm- oder Lichtbogenspritzen. Das macht HVOF ideal für Anwendungen, bei denen herkömmliche galvanische Beschichtungen wie Hartchrom ersetzt werden sollen.

Welches Verfahren für welches Bauteil?

Entscheidend sind immer die Anforderungen des konkreten Bauteils: Belastungsart (abrasiv, gleitend, korrosiv), Substratmaterial, verfügbare Toleranzen und Einsatzumgebung.

Vor der Beschichtung steht immer eine gründliche Analyse des Bauteils – Geometrie, Vorschäden, geforderte Rauheit und gewünschte Endhärte bestimmen den optimalen Prozessweg.

Von der Anfrage bis zur fertigen Schicht

Das thermische Spritzen ist kein Universalrezept, sondern ein präziser Prozess, der Erfahrung und das richtige Verfahren erfordert. TMH berät Sie bereits in der Angebotsphase und legt gemeinsam mit Ihnen die Verfahrens- und Werkstoffwahl fest.

Einen detaillierten Überblick über die bei TMH eingesetzten thermischen Spritzverfahren finden Sie auf der Verfahrensseite. Gerne nehmen wir Ihre Anfrage direkt entgegen.

Häufige Fragen

Was passiert, wenn die Oberflächenrauheit des Substrats nicht den empfohlenen Werten entspricht?
Die Haftung der Beschichtung kann stark reduziert werden, was zu Delamination oder vorzeitigem Verschleiß führt. Bei zu glatten Oberflächen bleibt das Pulver anhaften, bei zu rauen Oberflächen können Lufteinschlüsse entstehen. In beiden Fällen ist eine Nachbearbeitung des Substrats nötig, bevor die eigentliche Beschichtung durchgeführt wird.

Wie unterscheiden sich die Kosten pro Quadratmeter zwischen den vier Verfahren?
Das Draht‑ und Pulverflammspritzen liegen preislich meist im mittleren Bereich, weil sie relativ etablierte Prozesse mit moderaten Betriebskosten sind. Lichtbogenspritzen sind häufig günstiger bei großen Flächen, da der Materialverbrauch gering ist. HVOF ist am teuersten, bedingt durch die teure Ausrüstung und den hohen Energieaufwand für die Hochgeschwindigkeitspartikel.

Welche Lieferzeiten sind von der Anfrage bis zur fertigen Beschichtung realistisch?
Für Standard‑Flamm‑ oder Lichtbogenspritzungen kann man mit 2–3 Wochen rechnen, inklusive Vorbereitung und Prüfschritte. Beim HVOF-Verfahren verlängert sich die Frist häufig auf 4–6 Wochen, weil zusätzliche Prozessoptimierungen und Qualitätskontrollen nötig sind. Komplexe Bauteile oder spezielle Werkstoffkombinationen können weitere Zeit erfordern.

Wer trägt die Verantwortung für das Erkennen und Beheben von Beschichtungsfehlern während der Produktion?
Primär liegt die Pflicht beim Auftragnehmer, da er die Prozessparameter überwacht und Qualitätsprüfungen durchführt. Der Kunde ist jedoch dafür verantwortlich, klare Spezifikationen und Prüfkriterien zu liefern sowie eventuelle Vorschäden am Bauteil offenzulegen. Bei festgestellten Mängeln muss der Auftragnehmer in Absprache mit dem Kunden Korrekturmaßnahmen einleiten.

Four processes – one underlying principle

Thermal spraying describes a group of coating processes in which a metallic or ceramic material is melted in a heat source and propelled at high velocity onto a prepared component. The result is a mechanically well-adhered protective layer that counteracts wear, corrosion or both.

The four processes relevant in practice differ primarily in heat source, particle velocity and resulting layer microstructure:

• Wire flame spraying – acetylene-oxygen flame, wire feedstock
• Powder flame spraying – acetylene-oxygen flame, powder feedstock
• Arc spraying – electric arc between two wires
• HVOF (High Velocity Oxy-Fuel) – combustion gas under high pressure, powder feedstock

Flame spraying: proven and broadly applicable

Wire flame spraying is one of the oldest thermal spraying processes. It is particularly suitable for larger surfaces and components where a moderate coating thickness is sufficient. Typical applications include shaft repairs, bearing build-up and general corrosion protection.

Powder flame spraying considerably widens the material selection: in addition to metals, ceramics and cermets can be used, making the process attractive for applications with elevated temperature or wear requirements.

Arc spraying: efficient for metallic coatings

Arc spraying offers particularly high melt rates for wire-based thermal spraying. Two wires are brought together under voltage; the arc formed melts the material, which is then accelerated onto the substrate by a compressed-air jet.

Key advantages: - high cost-efficiency for large areas - good adhesion with thorough surface preparation - suitable for zinc, aluminium and composite wires (corrosion protection)

HVOF: maximum density and adhesion strength

The HVOF process is today regarded as the most demanding of the thermal spraying processes in terms of quality. Extremely high particle velocities produce very dense coatings with outstanding adhesion. For wear-stressed components – piston rods, pump plungers, hydraulic cylinders – HVOF is the process of choice.

Depending on the material, layer hardnesses are significantly higher than with conventional flame or arc spraying. This makes HVOF ideal for applications where conventional electroplated coatings such as hard chrome are to be replaced.

Which process for which component?

The requirements of the specific component are always decisive: type of load (abrasive, sliding, corrosive), substrate material, available tolerances and operating environment.

Before coating, a thorough analysis of the component is always carried out – geometry, pre-existing damage, required roughness and target hardness determine the optimum process path.

From enquiry to finished coating

Thermal spraying is not a universal recipe, but a precise process requiring experience and the right choice of method. TMH advises you from the quotation stage onwards, defining the process and material selection together with you.

A detailed overview of the thermal spraying processes used at TMH is available on the processes page. We are happy to receive your enquiry directly.

Cztery metody – jedna wspólna idea

Natryskiwanie termiczne to grupa metod nakładania powłok, przy których materiał metaliczny lub ceramiczny jest topiony w źródle ciepła i nanoszony z dużą prędkością na przygotowany element. Rezultatem jest mechanicznie mocno przylegająca warstwa ochronna, która przeciwdziała zużyciu, korozji lub obu tym czynnikom jednocześnie.

Cztery metody istotne w praktyce różnią się przede wszystkim źródłem ciepła, prędkością cząstek, a tym samym strukturą warstwy:

• Natryskiwanie płomieniowe drutem – płomień acetylenowo-tlenowy, drut jako materiał dodatkowy
• Natryskiwanie płomieniowe proszkiem – płomień acetylenowo-tlenowy, proszek jako materiał dodatkowy
• Natryskiwanie łukowe – łuk elektryczny między dwoma drutami
• HVOF (High Velocity Oxy-Fuel) – gaz spalinowy pod wysokim ciśnieniem, proszek jako materiał dodatkowy

Natryskiwanie płomieniowe: sprawdzone i szeroko stosowane

Natryskiwanie płomieniowe drutem należy do najstarszych metod natryskiwania termicznego. Nadaje się szczególnie do większych powierzchni oraz elementów, przy których wystarcza umiarkowana grubość warstwy. Typowe obszary zastosowania to naprawy wałów, nadwymiarowanie łożysk oraz ogólna ochrona przed korozją.

Przy natryskiwaniu płomieniowym proszkiem można znacznie poszerzyć wybór materiałów: obok metali stosuje się także ceramikę i cermety, co czyni tę metodę interesującą dla zastosowań o podwyższonych wymaganiach temperaturowych lub wymaganiach dotyczących odporności na zużycie.

Natryskiwanie łukowe: efektywne dla warstw metalicznych

Natryskiwanie łukowe oferuje przy natryskiwaniu termicznym drutów szczególnie wysokie wskaźniki topienia. Dwa druty są zbliżane pod napięciem; powstający przy tym łuk elektryczny topi materiał, który jest przyspieszany strumieniem sprężonego powietrza na podłoże.

Ta metoda przekonuje dzięki: - wysokiej opłacalności przy dużych powierzchniach - dobrej przyczepności przy starannym przygotowaniu podłoża - przydatności dla drutów cynkowych, aluminiowych i kompozytowych (ochrona przed korozją)

HVOF: maksymalna gęstość i przyczepność

Metoda HVOF jest dziś uważana za najbardziej wymagającą jakościowo spośród metod natryskiwania termicznego. Dzięki ekstremalnie wysokiej prędkości cząstek powstają bardzo gęste warstwy o niskiej porowatości i doskonałej przyczepności. Szczególnie przy elementach narażonych na zużycie – trzpieniach tłokowych, tłokach pomp, cylindrach hydraulicznych – HVOF jest metodą pierwszego wyboru.

Twardości warstw są, w zależności od materiału, wyraźnie wyższe niż przy konwencjonalnym natryskiwaniu płomieniowym lub łukowym. To sprawia, że HVOF jest idealny do zastosowań, w których konwencjonalne powłoki galwaniczne, takie jak chrom twardy, mają zostać zastąpione.

Która metoda dla którego elementu?

Decydujące są zawsze wymagania konkretnego elementu: rodzaj obciążenia (ścierne, ślizgowe, korozyjne), materiał podłoża, dostępne tolerancje oraz środowisko eksploatacji.

Przed powlekaniem zawsze przeprowadzana jest dokładna analiza elementu – geometria, wcześniejsze uszkodzenia, wymagana chropowatość i docelowa twardość końcowa określają optymalną ścieżkę procesu.

Od zapytania do gotowej warstwy

Natryskiwanie termiczne nie jest uniwersalnym przepisem, lecz precyzyjnym procesem wymagającym doświadczenia i właściwej metody. TMH doradza Państwu już na etapie oferty i wspólnie z Państwem ustala wybór metody oraz materiału.

Szczegółowy przegląd metod natryskiwania termicznego stosowanych w TMH znajdą Państwo na stronie poświęconej metodom. Chętnie przyjmiemy Państwa zapytanie bezpośrednio.