Thermisches Spritzen gegen Verschleiß und Korrosion:

Wirkungsvoller Schutz unter extremen Bedingungen

In Kraftwerken, Raffinerien und der Chemischen Industrie sind Armaturen oft extremen Belastungen ausgesetzt. Sie müssen nicht nur gegen besonders hohe Scherkräfte, sondern auch gegen Chemikalien und Hitze beständig sein.

Die meisten Hersteller gewähren bei Kugeln für Kugelhähne nur ein halbes Jahr Garantie. Die Gotek GmbH dagegen kann es sich leisten, ihren Kunden in Europa und Nordamerika eine Million Schließzyklen zu garantieren. Ihre thermisch gespritzten Schichten aus Nickelbasis-Hartlegierungen halten außergewöhnlich starken Beanspruchungen stand. Das Erfolgsrezept: Durch Einsintern lässt sich eine Haftfestigkeit wie bei einer Schweißverbindung herstellen.

Über 50 Jahre Oberflächentechnik

Bereits seit 1942 beschäftigt sich die Gotek GmbH mit der Oberflächentechnik; 1946 begann das in Frankfurt am Main ansässige Unternehmen mit der Herstellung von Metallspritzschichten im Lohnbetrieb. Unter verschiedenen Besitzern und Firmierungen hat es im Laufe der Jahrzehnte sein Know-how und seine Technologie perfektioniert. Der Name Gotek, eine Kurzform von „Gesellschaft für Oberflächentechnik“, steht für das gesamte Programm: Von Lackieren über Wirbelsintern und elektrostatische Pulverbeschichtung bis hin zu sämtlichen Verfahren des thermischen Spritzens beherrscht der Betrieb verschiedenste Beschichtungsmethoden.

Rundum-Schutz durch selbstfließende Legierungen

Im Bereich der thermisch gespritzten Nickelbasis-Hartlegierungen ist die Gotek GmbH führend in Europa. Mit diesen äußerst homogenen, unmagnetischen Schichten schützt sie unter anderem Kugeln von Kugelhähnen mit bis zu 2,5 t Gewicht und 1,20 m Durchmesser gegen extremen Verschleiß, Korrosion, Hitze sowie den Angriff wässriger Chemikalien.

Diese Hartlegierungen, die neben dem Gebrauchsmetall Nickel die höher schmelzenden Elemente Chrom, Bor und Silicium enthalten, werden in der Regel durch autogenes Flammspritzen mit thermischer Nachbehandlung bearbeitet. „Dabei kann jede Beschichtung nur so gut sein wie ihre Vorbehandlung“, erklärt Dr. Hartwig Reimann, Geschäftsführer der Gotek GmbH. Die aufzuspritzende Fläche wird zunächst von Plattierungen, Nitrierungen, Aufkohlungen, Fett und Rost befreit. Das anschließende Aufrauhen der Oberfläche durch Korundstrahlen begünstigt später nicht nur das mechanische Anklammern der Spritzteilchen; es fördert durch die Vergrößerung der spezifischen Oberfläche auch den legierungsmäßigen Verbund, der auf der Diffusion zwischen Schicht und Grundwerkstoff beruht.

Um den Aufbau neuer Oxidhäute zu vermeiden, folgt das thermische Spritzen der Oberfläche möglichst unmittelbar auf die Vorbehandlung. Aufgrund ihrer Bestandteile Bor und Silicium haben Hartlegierungen auf Nickelbasis so genannte selbstfließende Eigenschaften. Das bedeutet, dass sie nach dem Aufschmelzen die zu beschichtende Fläche vollständig benetzen. Aus dem porösen Spritzauftrag entsteht eine glatte, poren-, riß- und verzugsfreie Schicht.

Hervorragende Haftfestigkeit durch Einsintern

Das Einsintern bewirkt eine legierungsmäßige Anbindung der zuvor rein adhäsiv verklammerten Schicht an den Grundkörper. Es kann entweder mit dem Spritzen gleichzeitig oder unmittelbar danach erfolgen. Aus wirtschaftlichen Gründen bevorzugt man meistens die zweite Variante. Dabei wird die Werkstoffoberfläche auf die Schmelztemperatur des Schichtwerkstoffes – bei Nickelbasis-Hartlegierungen rund 1100°C – erwärmt. Neben Brenner- und Induktionseinschmelzung kommt hierbei das Einschmelzen in Vakuumöfen bei Unterdrücken um 10-3 bar zum Einsatz. „Diese wohl teuerste Methode eignet sich besonders für die Serien- und Einzelfertigung komplizierter Bauteile“, erklärt Dr. Reimann. In den sehr aufwendig konstruierten Öfen sintert die Gotek GmbH unter anderem die Spritzschichten auf Kugeln für Großarmaturen ein. Darüber hinaus fertigt sie dort Verbundelemente, die eine Alternative zu auftragsgeschweißten Platten darstellen. Sie weisen ähnliche Vorzüge auf wie die eingesinterten Spritzschichten aus Nickelbasis-Hartlegierungen. Diese Überzüge erreichen dank ihrer hervorragenden Haftung, Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit außergewöhnlich hohe Standzeiten. Sie sind bis 750°C problemlos einsetzbar und ertragen sehr hohe statische Flächenpressungen. Die ausgezeichnete Chemikalienbeständigkeit vor allem bei Angriffen durch wasserhaltige Medien und organische Verbindungen verhindert die Bildung von Korrosionsprodukten, die oft erheblich zum mechanischen Verschleiß technischer Oberflächen beitragen.

Der zu beschichtende Grundkörper kann aus den meisten gebräuchlichen Konstruktionswerkstoffen bestehen, wie verschiedenen Güssen, Stählen, Nickel oder Nickellegierungen. „Aufgrund des vielseitigen Schutzes, den selbstfließende Nickellegierungen als Schichtwerkstoffe bieten, finden diese heute in allen üblichen Industriebereichen weltweit Anwendung“, weiß Dr. Reimann zu berichten. Der jährliche Verbrauch in Europa beträgt derzeit etwa 1.200 t, davon rund 380 t in der Bundesrepublik Deutschland.

Erfolg dank intelligenter Problemlösungen

Auch in anderen Anwendungsbereichen haben sich flammgespritzte Überzüge bewährt. So panzert die Gotek GmbH beispielsweise Großrollen für Bremsprüfstände bis zu 4 m Durchmesser, 1 m Breite und 6 t Gewicht mit sehr rauhen Chromstahlschichten, die trotz des extremen Verschleißangriffs Standzeiten von über 10 Jahren aufweisen. „Unser Erfolgsrezept besteht darin, nicht einfach Spritzschichten zu verkaufen, sondern Problemlösungen“, erläutert der Gotek-Geschäftsführer. „In diesem Fall liegt die Besonderheit darin, dass wir – anders als die meisten Anbieter – neben Stahl- auch Aluminiumrollen beschichten können. Das verminderte Gewicht wirkt sich in diesen Größenordnungen entscheidend auf die notwendige Antriebsleistung aus.“

Das größte Entwicklungspotential sieht der Gotek-Geschäftsführer beim Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen. Aufgrund seiner besseren Umweltverträglichkeit und der absolut rissfreien Schichten wird es eines der bekanntesten Oberflächenbehandlungsverfahren allmählich verdrängen: Das Hartverchromen, bei dem hochgiftiges Chrom 6 entsteht.

So muss sich auch die Gotek GmbH nicht um ihre Zukunft sorgen. Das Unternehmen erwirtschaftet heute mit rund 70 Mitarbeitern ca. 23 Millionen DM Umsatz im Jahr. Seit Ende 1997 gehört es zur weltweit operierenden, mittelständischen Vautid-Gruppe: „Mit der ‚Vautid Verschleißtechnik‘ in Stuttgart ergänzen wir uns hervorragend“, freut sich Dr. Reimann. „Während unsere schwäbischen Partner hauptsächlich auftragsgeschweißte, dicke Schichten für die Fördertechnik herstellen, können wir uns auf die dünnen Schichten für den Maschinenbau sowie für Energie-, Stahl- und Kraftwerke konzentrieren.“

Nachvollziehbarer Qualitätsstandard

Sein hohes Interesse am thermischen Spritzen zeigt Dr. Reimann auch durch seine aktive Mitarbeit in diversen Gremien, die sich mit Forschung und Entwicklung sowie mit der Normengebung für dieses vielseitige Verfahren befassen. Unter anderem fungiert er als Erster Vorstand der GTS Gemeinschaft Thermisches Spritzen e.V. Diese ursprünglich auf Deutschland beschränkte Vereinigung von 110 Anwendern und Förderern des thermischen Spritzens überschreitet immer mehr Grenzen: Nach dem Beitritt des chinesischen Spritzverbandes Ende 1998 streben dieses Jahr auch Organisationen in Polen, England und den Niederlanden eine Kooperation mit der GTS an. „Anfangs war es für viele Unternehmen nicht einfach, das natürliche Konkurrenzdenken beiseite zu schieben und sich mit Wettbewerbern auf gemeinsame Ziele zu einigen“, erinnert sich Dr. Reimann an die Gründungsphase. Mittlerweile wurde eines der wichtigsten Anliegen der seit 1992 bestehenden Interessengemeinschaft realisiert: Das Fehlen einer allgemein anerkannten Ausbildung wird durch das Angebot einer zusätzlichen Personen- und Produktmittelprüfung kompensiert, die über die Anforderungen der DIN EN ISO 9000 weit hinausgeht. Um diesem für alle nachvollziehbaren, periodisch von unabhängigen Institutionen überwachten Qualitätsstandard Gewicht zu verleihen, setzt die Vereinigung Fristen für die Durchführung des Audits. Bei Nichteinhaltung erfolgt der Ausschluss aus der GTS. Wie ernst diese Ankündigung gemeint ist, mussten 1998 fünf Unternehmen erfahren. Natürlich nicht die Gotek GmbH, die schon längst nach GTS QM RL zertifiziert ist - und selbstverständlich auch nach DIN EN ISO 9001.

Verfasserin: Simone Arends

Weitere Informationen sind erhältlich bei

GTS Gemeinschaft Thermisches Spritzen e.V.
Werner Krömmer
c/o Linde AG, Geschäftsbereich Linde Gas
Carl-von-Linde-Str. 25, D-85716 Unterschleißheim
per Fax: +49-(0)89-31001-5364
per E-Mail: info@gts-ev.de
Internet: www.gts-ev.de

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