Ab September 2017 ist der Einsatz von Korrosions- und Verschleißschutz-Beschichtungen auf Basis von Chrom(VI) in der EU nur noch unter strengen Auflagen erlaubt. Ein Anwendungsbeispiel zeigt, dass das neuartige EHLA-Verfahren eine Alternative zum Hartverchromen darstellt.
EHLA-Anlage zum Laserbeschichten von bis zu zehn Meter langen Kolbenstangen. Quelle: Fraunhofer ILT, Aachen/Hornet Laser Cladding B.V., Lexmond, NL
Insbesondere Hersteller von stark beanspruchten Bauteilen aus Metall sind von der Zulassungsbeschränkung betroffen.
Dazu gehört auch die IHC Vremac Cylinders: Die oft meterlangen Hydraulikzylinder des niederländischen Unternehmens müssen dem jahrelangen Einsatz in der rauen Meeresumgebung standhalten. IHC Vremac Cylinders hat deshalb nach einer Alternative zum Hartverchromen gesucht: Das Unternehmen entschied sich schließlich für das extreme Hochgeschwindigkeits-Laserauftragsschweißen – kurz EHLA – des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT aus Aachen. Bei dem patentierten Verfahren schmilzt ein Laser die Pulverpartikel bereits oberhalb des Schmelzbades auf.
Weil die Partikel im Schmelzbad nicht mehr aufgeschmolzen werden müssen, lässt sich die Prozessgeschwindigkeit von bisher 0,5 bis 2,0 Meter pro Minute auf bis zu 500 Meter pro Minute steigern. Mit EHLA lässt sich außerdem die Schichtdicke senken: Waren bisher nur über 500 Mikrometer dicke Schichten möglich, so lassen sich nun auch 25 bis 250 Mikrometer dünne Schichten wirtschaftlich auftragen. Zudem werden die Schichten glatter, die Rauheit wurde auf ein Zehntel des typischen Wertes beim Laserauftragschweißen reduziert.
Das Unternehmen ließ sich von einem niederländischen Anlagenhersteller für Laserauftragschweißsysteme eine EHLA-Anlage bauen. "Der Vorteil beim Beschichten von rotationssymmetrischen Bauteilen ist, dass die erforderlichen Komponenten gut in eine Drehmaschine integriert werden können", erklärt Thomas Schopphoven vom Fraunhofer ILT. Beschaffung und Umbau einer Drehmaschine zur rund 14 Meter langen EHLA-Anlage und Aufbau sowie Inbetriebnahme dauerten knapp sechs Monate.
"Wir tragen für einen Hydraulikzylinder derzeit noch eine rund 400 Mikrometer dicke Schutzschicht auf, die noch durch Schleifen nachbearbeitet werden muss. Die endgültige Schichtdicke beträgt dann rund 200 Mikrometer", sagt Andres Veldman von IHC Vremac Cylinders: "Das Verfahren ist deutlich schneller als das thermische Spritzen (HVOF). Außerdem fällt der Aufwand für die Nachbearbeitung im Vergleich anderen Technologien geringer aus." Die Beschichtung schützt in Zukunft serienmäßig die Kolbenstangen für Hydraulikzylinder vor Korrosion auf hoher See.
Die Niederländer befinden sich bereits in Serienproduktion. Nach mehreren Projekten steht fest, dass EHLA derzeit noch etwa so viel wie das thermische Spritzen kostet. Preiswerter wird das Verfahren laut Einschätzung des Unternehmens nach Optimierung der Nachbearbeitungsprozesse. Kritische Endkunden etwa aus dem Offshore-Bereich konnten bereits von der neuen Beschichtung überzeugt werden: Dazu ließ das Unternehmen EHLA von Lloyds nach DIN EN ISO 15614-7 zertifizieren. Veldman: "Die Fachleute waren anfangs skeptisch, weil wir nur 200 Mikrometer dünne Schichten im Labor prüfen ließen, die dann noch auf 150 bis 100 Mikrometer herunter geschliffen wurden."
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