Schmelztauchen – thermisches Metallspritzen und Plattieren

Schmelztauchen, thermisches Metallspritzen und Plattieren

Um die Eigenschaften eines Metalls nachhaltig zu verbessern, seine Wiederstandfähigkeit gegenüber Korrosion und Verschleiß zu erhöhen oder um es auf bestimmte Anwendungszwecke oder Weiterverarbeitungsverfahren vorzubereiten, werden mitunter Beschichtungen aufgebracht.

Beschichtungsverfahren kommen aber auch zum Einsatz, um Schadstellen zu reparieren. Zudem können die Beschichtungen rein optische Zwecke erfüllen und einem Werkstück ein dekoratives Aussehen verleihen.

Ein weit verbreitetes Beschichtungsverfahren ist dabei das Galvanisieren, bei dem der Grundwerkstoff mit Metallsalzlösungen überzogen wird. Weitere metallische Beschichtungsverfahren sind das Schmelztauchen, das thermische Metallspritzen und das Plattieren.

Das Schmelztauchen

Bei diesem Beschichtungsverfahren wird das Werkstück in ein metallisches Schmelzbad getaucht. Durch Diffusionsvorgänge entstehen an der Grenzfläche Legierungsschichten und wenn das Werkstück herausgenommen wird, überzieht eine Metallschicht die Legierungsschicht.

Überschüssiges Material wird abgeblasen oder mittels Abstreifwalzen entfernt. Wie dicht die Beschichtung ist, hängt davon ab, wie lange das Werkstück in die Metallschmelze getaucht und mit welcher Geschwindigkeit es aus dem Bad gezogen wurde. Wird jedes Werkstück einzeln in das Schmelzbad getaucht, wird dies als Stückschmelztauchen bezeichnet.

Im Unterschied dazu durchlaufen beim Durchlaufschmelztauchen mehrere Werkstücke hintereinander die Metallschmelze. Beim Schmelztauchen gibt es mehrere Verfahren.

Die vier gängigsten davon sind folgende:

1.

Beim Feueraluminieren werden die Werkstücke bei Temperaturen zwischen rund 650°C und 800°C in ein Aluminiumlegierungsbad getaucht. Die Beschichtung, die dabei entsteht, bietet einen hervorragenden Oxidationsschutz. Typische Anwendungsbereiche sind Auspuffanlagen, Rohrleitungen und Öfen.

2.

Das Feuerverzinken umfasst das Trocken- und das Nassverzinken. Beim Trockenverzinken wird das Werkstück zuerst in ein Flussmittel gelegt, anschließend getrocknet und danach in ein Zinkbad getaucht. Im Unterschied dazu wird das Werkstück beim Nassverzinken in ein Zinkbad getaucht, dem das Flussmittel hinzugefügt wurde.

Die Temperatur beim Nassverzinken beträgt zwischen 440°C und 460°C. Um die sogenannten Zinkblumen zu vermeiden, wird das Werkstück unmittelbar nach dem Tauchvorgang in einem Wasserbad abgeschreckt. Das Feuerverzinken findet vor allem im Stahlbau sowie beim Bau von Kraftwerken und verfahrenstechnischen Anlagen aller Art Anwendung.

3.

Beim Feuerverzinnen wird zwischen dem Ein- und dem Zweikesselverfahren unterschieden. Das Werkstück wird zunächst in eine wässrige Lösung aus Flussmittel, anschließend in ein Flussmittel und danach in ein etwa 300°C warmes Zinnbad getaucht. Dieses Verfahren wird als Einkesselverfahren bezeichnet.

Beim Zweikesselverfahren wird das Werkstück erst in ein Bad aus Flussmittel und Zinn und danach in ein Zinnbad getaucht. Beide Verfahren verhindern, dass es in stickstoffhaltiger Atmosphäre zu einer Nitrierung kommt. Sie werden unter anderem bei Benzintanks und Konservendosen genutzt.

4.

Beim Feuerverbleien wird das Werkstück mit Flussmittel beschichtet und danach bei rund 350°C in ein Bleischmelzbad getaucht. Bei dieser Vorgehensweise wird vom direkten Verbleien gesprochen.

Daneben gibt es auch das indirekte Verbleiben. Hierbei wird das Werkstück vor dem Eintauchen in das Bleischmelzbad zunächst feuerverzinnt. Das Feuerverbleiben macht das Werkstück sehr beständig gegenüber Laugen und Säuren.

Das Thermische Metallspritzen

Das Metallspritzen bezeichnet ein Verfahren, bei dem verflüssigtes Metall auf einen metallischen oder nichtmetallischen Untergrund aufgesprüht wird. Die Metalltropfen legen sich in die Unebenheiten auf der Oberfläche des Werkstücks.

Beim Abkühlen entsteht dadurch eine mechanische Verankerung. In Teilbereichen kann es ähnlich wie beim Schweißen auch zu einer Verschmelzung kommen. Das Risiko eines Verzugs besteht jedoch nicht, denn die Werkstückoberfläche erwärmt sich nur leicht.

Durch die Beschichtung mittels thermischem Metallspritzen entsteht eine Schutzschicht, die das Werkstück äußerst effektiv vor Korrosion und Verschleiß schützt. Die am häufigsten verwendeten Metallspritzverfahren sind das Flamm-, das Lichtbogen-, Pulver- und das Plasmaspritzen.

Der große Vorteil des thermischen Metallspritzens liegt darin, dass es universell eingesetzt werden kann. So spielt die Größe der Werkstücke keine Rolle und die Beschichtung kann auch erst nach der Montage auf der Baustelle vor Ort aufgebracht werden. Um schadhafte Stellen auszubessern oder Reparaturen durchzuführen, wird das thermische Metallspritzen deshalb ebenfalls angewendet.

Das Plattieren

Beim Plattieren werden hochwertige Metalle auf meist weniger wertige oder kostengünstige Metalle aufgebracht. Durch die feste Verbindung entstehen Verbundwerkstoffe, die die Eigenschaften des Metalls aufweisen, das aufplattiert wurde. So werden beispielsweise oft unlegierte Stähle mit hochlegierten Stählen beschichtet.

Die gängigsten Plattierverfahren sind

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das Walzplattieren; hierbei wird unter Druck und Wärme ein Blech auf den Grundwerkstoff aufgewalzt. Durch Pressschweißung und Diffusion entsteht dabei eine unlösbare Verbindung. Das Walzplattieren wird oft bei der Fertigung von korrosionsbeständigen Blechen angewendet.

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das Schrumpfverfahren; bei diesem Verfahren wird das Metall, das den größeren Längenausdehnungskoeffizienten hat, erhitzt. Anschließend wird dieses Metall auf das andere, kalte Metall aufgebracht. Die Verbindung der beiden Metalle entsteht durch die Schrumpfspannungen, die beim Abkühlen auftreten.

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das Auftragsschweißen; hierbei wird der hochwertige Auftragswerkstoff auf den Grundwerkstoff aufgebracht. Der Auftragswerkstoff legt sich als Schicht auf den Grundwerkstoff, ohne dass sich die beiden Werkstoffe nennenswert miteinander vermischen. Dies liegt daran, dass der Grundwerkstoff nur minimal angeschmolzen wird. Das Plattieren per Auftragsschweißen kommt in erster Linie zu Reparaturzwecken zum Einsatz.

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das Verbundgießen; Metalle mit einem niedrigen Schmelzpunkt können als Deckmetalle aufgegossen werden. So ist beispielsweise eine Beschichtung aus Kupfer auf einem Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt möglich. Um eine plane Oberfläche zu erhalten, wird in der Nachbehandlung mit einer Walze gearbeitet.

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das Sprengplattieren; dieses Verfahren kommt zum Einsatz, wenn bereits fertig geformte oder sogar schon montierte Bauteile nachträglich plattiert werden sollen. Hierfür wird ein Deckblech in die Form des Werkstücks gebracht und mit einer Sprengfolie ausgestattet. Durch das Entzünden der Sprengfolie prallt das Deckblech mit hoher Geschwindigkeit auf das Werkstück und es entsteht eine unlösbare Verbindung.

das mechanische Plattieren; bei diesem Verfahren entsteht die Verbindung durch Kaltschweißen. Das Grundmaterial wird mit kleinen Teilchen aus Metallpulver beschichtet. Dies erfolgt in stoßartigen Bewegungen mithilfe von Plastikkugeln in einer Plattierungstrommel.

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