Keramische Schichten schützen schon heute präzise Bauteile unter rauen Bedingungen – beispielsweise Druckwalzen oder Offshore-Ausrüstungen in aggressivem Salzwasser. Einen Nachteil gibt es bisher jedoch: Unter dem Mikroskop weisen die gespritzten Oberflächen eine hohe Rauheit auf und müssen aufwändig mechanisch nachbearbeitet oder versiegelt werden.
Forscher des Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Systeme IKTS haben nun die Voraussetzung dafür geschaffen, extrem glatte und beständige Schichten auch auf großflächigen Komponenten herzustellen – ohne zeit- und kostenintensive Nacharbeit. Sie entwickelten Suspensionen, die an Stelle der bisher genutzten Pulver für das thermische Spritzen eingesetzt werden und erreichen damit neue Beschichtungsqualitäten und -eigenschaften. Dafür kommen noch feinere, in Wasser oder organischen Lösungsmitteln dispergierte Submikro- und Nanopartikel zum Einsatz, die als Pulver nicht verspritzt werden können.
Thermisch gespritzte Schichten zwischen 10 und 50 μm
„Beim thermischen Suspensionsspritzen entstehen extrem stabile, dünne Schichten zwischen 10 und 50 Mikrometer. Durch die homogenen Suspensionen reduzieren wir bisherige Rauheiten von über fünf Mikrometer auf ein Mikrometer bei deutlich geringerem Materialeinsatz“, erläutert Dr. Annegret Potthoff, Leiterin der Gruppe Pulver- und Suspensionscharakterisierung am Fraunhofer IKTS.
Darüber hinaus sind erstmals funktionelle Oberflächen möglich. Sie können zum Beispiel mit photokatalytisch aktiven Schichten versehen werden, durch die Medikamentenrückstände in Abwasseraufbereitungsanlagen abgebaut werden.
Auch Hartmetalle lassen sich defektfrei spritzen
Die Suspensionen werden am Fraunhofer IKTS hinsichtlich Feststoffgehalt, Korngrößenverteilung und Viskosität für jede Anwendung individuell angepasst. „In Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS konnten wir die gesamte Prozesskette und bestehende Anlagentechnik auf Suspensionen adaptieren“, betont Dr. Potthoff. Die am IWS entwickelten Hardwarekomponenten ließen sich leicht in bestehende Spritzanlagen integrieren.
Neben unterschiedlichen keramischen Werkstoffen lassen sich nun erstmals auch Hartmetalle defektfrei thermisch spritzen. Außerdem erlaubt die Technik gradierte Schichtsysteme, mit denen beispielsweise thermische und mechanische Eigenschaften kombiniert werden können.
