Laser-Stellitieren: Lebensdauer kritischer Bauteile durch beherrschte Aufmischung sichern und verlängern
In zahlreichen Industriezweigen – Armaturen, Kerntechnik oder Schmiedewerkzeuge – sind bestimmte Bauteile extremen Bedingungen ausgesetzt: abrasivem Verschleiß, Korrosion, Kavitation oder auch Thermoschocks. Um ihre Lebensdauer zu verlängern, besteht eine Lösung darin, eine Beschichtung aus einer Kobaltbasislegierung, Stellit genannt, aufzubringen, die für ihre Widerstandsfähigkeit bekannt ist.
Eine solche Legierung aufzutragen, ohne den Zusatzwerkstoff zu beeinträchtigen, bleibt jedoch eine echte industrielle Herausforderung.
Eine industrielle Fragestellung: die Aufmischung begrenzen und gleichzeitig das Verfahren industrialisieren
Die größte Hürde beim Stellitieren ist die Aufmischung mit dem Grundwerkstoff, also die Vermischung des – häufig eisenreichen – Basismaterials mit der Stellitlegierung. Eine zu starke Aufmischung verändert die gewünschten Eigenschaften der Beschichtung und verringert die Wirksamkeit der Behandlung oder hebt sie sogar auf.
Historisch gesehen ist das Auftragschweißen mit der Acetylen-Sauerstoff-Flamme das Verfahren mit der besten Kontrolle der Aufmischung. Diese Technik weist jedoch mehrere wesentliche Einschränkungen auf. Sie erfordert jahrelange Ausbildung, um die Handfertigkeit zu beherrschen, weshalb diese Kompetenzen heute selten sind. Die Branche ist zudem im letzten Jahrzehnt stark geschrumpft, insbesondere nach dem Ende der Nuklearprogramme.
Darüber hinaus führt dieses Verfahren zu einer starken Überhitzung, die die metallurgischen Eigenschaften des Grundwerkstoffs beeinträchtigen kann. Es gibt zwar andere automatisierbare Lösungen wie WIG oder PTA, doch erreichen diese für bestimmte kritische Anwendungen nur schwer ein ausreichend niedriges und stabiles Aufmischungsniveau.
Ein Laseransatz, der Präzision und Automatisierung vereint
Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, hat IREPA LASER eine Lösung auf Basis eines Laser-Pulver-Auftragschweißverfahrens (DED) entwickelt.
Das Prinzip besteht in einer koaxialen Pulverzufuhr zum Laserstrahl, wodurch ein Schmelzbad erzeugt wird. Diese Konfiguration ermöglicht es, den Wärmeeintrag und die Aufmischung präzise zu steuern.
IREPA LASER verfügt auf diesem Gebiet über anerkannte Expertise. Seit vielen Jahren hat das Unternehmen unter anderem eine spezielle koaxiale Auftragsdüse entwickelt und patentiert. Diese ist so konzipiert, dass zunächst das Pulver aufgeschmolzen und anschließend Wärme in den Grundwerkstoff eingebracht wird, wodurch die Vermischung der beiden Werkstoffe begrenzt wird.
Im Zuge der technologischen Entwicklung wurden diese Düsen optimiert, um sich an heutige Laserleistungen und industrielle Anforderungen anzupassen. Sie bieten heute ein breites Prozessfenster und ein besonders robustes Verfahren.
Messbare Ergebnisse für industrielle Anwendungen
Dieser Ansatz ermöglicht besonders interessante Leistungswerte für anspruchsvolle industrielle Anwendungen.
Die Aufmischung mit dem Grundwerkstoff lässt sich auf 3 bis 5 % begrenzen – ein Niveau, das niedrig genug ist, um die Eigenschaften des Stellits zu erhalten. Diese Leistung ermöglicht es insbesondere, die Anzahl der erforderlichen Lagen zu reduzieren und damit Bearbeitungszeiten und Materialverbrauch zu senken.
Das Verfahren bietet außerdem weitere Vorteile:
- Geringe Wärmeeinbringung in das Substrat, wodurch dessen metallurgische Eigenschaften erhalten bleiben
- Automatisierung des Verfahrens, die eine bessere Wiederholgenauigkeit gewährleistet
- Robustheit der Auftragsschicht, geeignet für kritische Bauteile oder Bauteile mit hoher Wertschöpfung
Diese Eigenschaften ebnen den Weg für eine zuverlässigere Industrialisierung des Stellitierens bei gleichzeitigem Erhalt der angestrebten metallurgischen Leistungsmerkmale.
Ein Beweis für das Know-how von IREPA LASER bei Laserverfahren
Diese Art von Entwicklung zeigt die Fähigkeit von IREPA LASER, Laserverfahren an die spezifischsten industriellen Anforderungen anzupassen. Über den reinen Materialauftrag hinaus liegt die Herausforderung in der präzisen Beherrschung thermischer, metallurgischer und verfahrenstechnischer Phänomene.
Die Kombination aus technischer Expertise, eigenen technologischen Entwicklungen und modernen Industrieanlagen ermöglicht es so, robuste Lösungen für kritische Anwendungen anzubieten.
In einem Umfeld, in dem bestimmte traditionelle Kompetenzen immer seltener werden, eröffnen Laserverfahren neue Perspektiven, um für die Leistungsfähigkeit industrieller Anlagen unverzichtbare Oberflächenbehandlungen zu sichern und zu industrialisieren.
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