Überschall-Beschichtung mit Präzision

Es sind oft die kleinen Erfindungen, die die Welt verbessern und stets lautet das Credo: je einfacher desto genialer. Dies gilt auch für die Verbesserung eines Beschichtungsverfahrens, das nun die Professur für Verbundwerkstoffe der TU Chemnitz als Patent verlassen soll.

Das sogenannte Hochgeschwindigkeitsflammspritzen kommt überall da zum Einsatz, wo belastete Bauteile vor Verschleiß und Korrosion geschützt werden sollen, sei es in Automotoren, auf Schaufeln von Flugzeugturbinen oder bei medizinischen Implantaten.

Um diese Bauteile beständig zu machen, werden sie mit einem Partikelstrahl beschossen, der bis zu 2.000 Meter pro Sekunde schnell und im Kern etwa 3.000 Grad Celsius heiß ist. Die so erzeugte hochverdichtete Beschichtung ist mit herkömmlichen Verfahren jedoch zuweilen recht ungleichmäßig auf dem Werkstoff verteilt, da die Partikelflamme aufgrund der enormen Geschwindigkeit und der Temperaturunterschiede zur umgebenden Luft eine peitschende Eigenbewegung an der Spitze entwickelt.

Dem entgegenzuwirken, machten sich die Chemnitzer Wissenschaftler Gerd Paczkowski und Christian Rupprecht unter Leitung von Prof. Dr. Bernhard Wielage zur Aufgabe und heraus kam eine denkbar simple, wie auch praktikable Lösung. Da der Partikelstrahl zur Kühlung der Spritzdüse stets von einem Gas (etwa Stickstoff bei Raumtemperatur) umgeben ist, konnte man diesen auch gleich zur Stabilisierung der Flamme nutzen.

So strömt das kühlende Hüllgas künftig mit einer Eigenrotation aus der Düse und verhindert durch den aufgeprägten Drehimpuls, dass der Flammstrahl ins Straucheln gerät. Die Vorteile des neuen Verfahrens liegen auf der Hand. Der Spritzstrahl wird durch die rotierende Hüllgasströmung stabilisiert und fokussiert und die darin befindlichen Partikel auf eine achsnahe Flugbahn gezwungen. Die Schichtqualität wird dadurch drastisch gesteigert, da die Partikel gleichmäßig da auftreffen, wo sie benötigt werden. Zudem kann der Brenner so in höheren Leistungsklassen betrieben werden, wodurch deutlich mehr Material pro Zeit verarbeitet werden kann als bisher.

Da der Chemnitzer Düsenaufsatz mit handelsüblichen HVOF-Brennern verwendet werden kann, haben namhafte Firmen bereits Interesse angemeldet. Die Erfinder der TU rechnen nun damit, dass sich das Verfahren als Standard durchsetzen wird.

Weitere Informationen erteilt Christian Rupprecht, Telefon 0371 531-35220, E-Mail christian.rupprecht@mb.tu-chemnitz.de.