Korrosionsschutz per Laser

  • 08. June 2017

Beschleunigtes Laserauftragschweißen erreicht Einsatzreife.

Bauteile vor Verschleiß und Korrosion zu schützen, ist keine einfache Ange­legenheit. Die üb­lichen Verfahren – das Hart­verchromen und das thermische Spritzen – warten mit Nachteilen auf. Das Laser­auftrag­schweißen konnte sich bislang in diesem Bereich nur vereinzelt durchsetzen. Forscher des Fraun­hofer-ILT in Aachen und der RWTH Aachen haben mit dem extremen Hoch­geschwindig­keits-Laser­auftrag­schweißen EHLA nun ein alternatives, patent­geschütztes Verfahren entwickelt, welches die Defizite der herkömm­lichen Verfahren in den Bereichen der Beschichtungs­technik und Reparatur beseitigt. „Mit EHLA können wir erstmalig dünne Schichten im Bereich Zehntel Millimeter auf große Flächen in kurzer Zeit ressourcen­effizient und wirt­schaftlich auftragen“, sagt Andres Gasser, Gruppen­leiter am Fraunhofer-ILT. Für ihre Entwicklung wurden Andres Gasser, Thomas Schopp­hoven und Gerhard Maria Backes auf der Fraun­hofer-Jahres­tagung Ende Mai in Dresden mit dem Joseph-von-Fraun­hofer-Preis geehrt.

Abb.: Laudator Prof. Hartmut Hoffmann, TU München, Dipl.-Ing. Gerhard Backes, RWTH Aachen University, Dr. Andres Gasser, Fraunhofer-ILT, Prof. Reimund Neugebauer, Präsident der Fraunhofer-Gesellschaft, Dipl.-Ing. Thomas Schopphoven, Fraunhofer-ILT. (Bild: FhG / I. Escherich)

Abb.: Joseph-von-Fraun­hofer-Preis 2017: Laudator Prof. Hartmut Hoffmann, TU München, Dipl.-Ing. Gerhard Backes, RWTH Aachen, Dr. Andres Gasser, Fraunhofer-ILT, Prof. Reimund Neugebauer, Präsident der Fraunhofer-Gesellschaft, Dipl.-Ing. Thomas Schopphoven, Fraunhofer-ILT. (v. l. n. r., Bild: FhG / I. Escherich)

Eines der herkömm­lichen Verfahren für den Verschleiß- und Korrosions­schutz ist die Hart­verchromung. Diese verbraucht aller­dings viel Energie, zudem schädigt Chrom(VI) die Umwelt. Ab September 2017 darf es daher nur noch nach Autori­sierung eingesetzt werden. Das extreme Hoch­geschwindig­keits-Laserauftrag­schweißen EHLA bietet Unternehmen erstmalig eine wirt­schaftliche Alternative. Da keinerlei Chemikalien zum Einsatz kommen, ist das Verfahren sehr umwelt­freundlich. Die entstehende Beschichtung ist stoff­schlüssig mit dem Grundstoff verbunden, im Gegensatz zur Hartchrom­schicht kann sie nicht abplatzen. Während die Schichten aus der Hart­verchromung Poren und Risse aufweisen, sind die per EHLA erzeugten Schichten dicht und schützen das Bauteil wesentlich effi­zienter und lang­fristiger.

Auch das thermische Spritzen bringt Nachteile mit sich. Da nur etwa die Hälfte des einge­setzten Materials später die Bauteil-Ober­fläche bedeckt, verbraucht dieses Verfahren sehr viel Material und Gas. Zudem haften die entstehenden Schichten schwach am Substrat. Da sie porös sind, müssen stets mehrere etwa 25 bis 50 Mikrometer dicke Schichten über­einander aufge­tragen werden. Anders beim neuen Verfahren EHLA: Hier wird rund 90 Prozent des Materials genutzt, das Verfahren ist somit weitaus ressourcen­schonender und sehr viel wirt­schaftlicher. Bereits die Einzel­schichten sind dicht, zudem ist die Beschichtung fest mit dem Substrat verbunden.

Abb.: Mit dem beschleunigten Laserauftrag­schweißen lassen sich Metall­schutz­schichten mit extremer Hoch­geschwin­digkeit aufbringen.  (Bild: V. Lannert / Fh.-ILT)

Abb.: Mit dem beschleunigten Laserauftrag­schweißen lassen sich Metall­schutz­schichten mit extremer Hoch­geschwin­digkeit aufbringen. (Bild: V. Lannert, Fh.-ILT)

Über das Laser­auftrag­schweißen lassen sich verschiedene Materialien hoch­wertig beschichten. Allerdings ist das Verfahren für große Bauteile zu langsam. Im Verschleiß- und Korrosions­schutz konnte es sich daher bislang nur vereinzelt durchsetzen. Ein weiteres Manko des Verfahrens besteht im verfahrens­bedingten, hohen Wärme­eintrag ins Bauteil: Das Bauteil wird lokal aufge­schmolzen, während eine Pulver­düse einen pulver­förmigen Zusatz­stoff in das Schmelzbad lenkt. „Beim EHLA schmilzt der Laser die Pulver­partikel bereits oberhalb des Schmelz­bades auf“, erläutert Gasser den Kernpunkt des neuen Verfahrens. Da flüssige Materialtropfen statt feste Pulverpartikel in das Schmelzbad fallen, wird die Schicht homogener. Zudem muss das Grund­material nicht so weit aufge­schmolzen werden: Statt bis zu einem Milli­meter reichen nun einige Mikrometer.

Das Ergebnis: Das Bauteil lässt sich 100- bis 250-mal so schnell beschichten wie beim konven­tionellen Laserauftrag­schweißen, zudem heizt es sich kaum auf. Somit ermöglicht es EHLA, hitze­empfindliche Kompo­nenten zu beschichten, bei denen dies bislang aufgrund des zu hohen Wärme­eintrags nicht möglich war. Weiterhin werden gänzlich neue Material­kombinationen möglich, etwa Beschich­tungen auf Aluminium- oder Gusseisen­legierungen.

In Kürze liefert die Firma Hornet Laser Cladding B.V aus den Nieder­landen in enger Zusammen­arbeit mit der ACunity GmbH aus Aachen, einer Ausgründung des Fraun­hofer-ILT, die erste EHLA-Anlage nach China. Diese soll am Advanced Manu­facture Technology Center of China Academy of Machinery Science & Techno­logy CAMTC in Beijing für Forschungs­zwecke und indus­trielle Anwen­dungen genutzt werden.

Fh.-ILT / JOL

Share |

Bestellen

Sie interessieren sich für ein Bezugsmöglichkeiten von Optik & Photonik oder Laser Technik Journal?

Webinar

Warum reale akustische Systeme nur multiphysikalisch simuliert werden können

  • 02. November 2017

In diesem Webi­nar wird ge­zeigt, warum man bei­spiels­weise schon bei der Simu­la­tion eines „ein­fachen“ Laut­spre­chers auf multi­phy­si­ka­li­sche Kopp­lung an­ge­wie­sen sein kann, wenn man ex­pe­ri­men­tel­le Er­geb­nis­se kor­rekt re­pro­du­zie­ren will.

Alle Webinare »

Site Login

Bitte einloggen

Andere Optionen Login

Website Footer