{"id":3271,"date":"2021-02-09T12:52:56","date_gmt":"2021-02-09T11:52:56","guid":{"rendered":"https:\/\/kluthe.com\/magazin\/?p=3271"},"modified":"2021-02-09T14:40:44","modified_gmt":"2021-02-09T13:40:44","slug":"thermische-belastung","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/kluthe.com\/magazin\/thermische-belastung\/","title":{"rendered":"Thermische Belastung"},"content":{"rendered":"

\u00ab Welche Beschichtungen halten besonders viel W\u00e4rme aus \u00bb<\/h2>\n

Mit steigender Temperatur \u00e4ndern sich die physikalischen Eigenschaften der Werkstoffe. Au\u00dferdem nimmt die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen, die zur Korrosion f\u00fchren, zu. Die W\u00e4rmewirkungen k\u00f6nnen also zu Sch\u00e4den im Material f\u00fchren. Deshalb muss die thermische Belastung bei der Konstruktion von den Bauelementen ber\u00fccksichtigt werden, die einer hohen Betriebstemperatur ausgesetzt sind. Die Oberfl\u00e4chentechnik<\/a> h\u00e4lt optimale L\u00f6sungen f\u00fcr die Beschichtung thermisch belasteter Bauteile<\/a> in unterschiedlichen Temperaturbereichen bereit.<\/strong><\/p>\n

Wirkung hoher thermischer Belastung auf beschichtete Werkstoffe<\/span><\/h2>\n

Ausdehnung bei W\u00e4rmezufuhr<\/span><\/h3>\n

Bei der Zufuhr von W\u00e4rme dehnen sich Werkstoffe aus. Dieses Verhalten wird durch den W\u00e4rmeausdehnungskoeffizienten beschrieben. Unterscheiden sich die W\u00e4rmeausdehnungskoeffizienten von Grundwerkstoff und Beschichtungsmaterial sehr stark, entstehen zwischen den beiden Materialien mechanische Spannungen.<\/p>\n

\"oberflaechenvorbehandlung-reinigungs-und-beizprodukte-thermische-belastung\"<\/a><\/p>\n

Das kann sich besonders bei hohen Schichtdicken auf die Haftung der Schicht auswirken. Die Beschichtungswerkstoffe sollten deshalb ein \u00e4hnliches W\u00e4rmeausdehnungsverhalten wie der Grundwerkstoff aufweisen oder so beschaffen sein, dass sie die mechanische Spannung ertragen.<\/p>\n

Verringerung der Belastbarkeit durch Festigkeitsverlust<\/span><\/h3>\n

Die mechanische Festigkeit der meisten Werkstoffe verringert sich bei einem Temperaturanstieg. Dann geben sie \u00e4u\u00dferen Kr\u00e4ften nach und ver\u00e4ndern langsam ihre Form. Das als Kriechen bezeichnete Verhalten tritt verst\u00e4rkt bei Temperaturen auf, die das 0,4\u2013fache der absoluten Siedetemperatur \u00fcbersteigen.<\/p>\n

\n

Die absolute Temperatur wird in Kelvin [K] gemessen. 0 \u00b0C sind 273,15 K.<\/p>\n<\/blockquote>\n

Die erforderliche Temperaturbest\u00e4ndigkeit erreicht man durch Legierungen aus unterschiedlichen Metallen bzw. durch mineralische oder metallische Zus\u00e4tze zu Anstrichstoffen. Besonders hohe Temperaturen erfordern keramische Werkstoffe.<\/p>\n

Verst\u00e4rkte Korrosion durch W\u00e4rmebelastung<\/span><\/h3>\n

Die Temperatur ist ein Ma\u00df f\u00fcr die Bewegungsenergie der Atome, aus denen sich die Werkstoffe zusammensetzen. Eine hohe thermische Belastung f\u00fchrt dazu, dass die Teilchen beweglicher werden und schneller mit den chemischen Stoffen aus der Umgebung reagieren. Schutz vor Korrosion bieten Beschichtungen aus unedlen Metallen<\/a>, die sich aufl\u00f6sen, bevor der Grundwerkstoff angegriffen wird (z.B. Zink-Nickel-Beschichtung), oder die stabile sch\u00fctzende Oxidschichten auf ihrer Oberfl\u00e4che bilden (z.B. Aluminium-Beschichtung<\/a>).<\/p>\n

\"konversionsverfahren-chromatfreie-technologie-thermische-belastung\"<\/a><\/p>\n

Werkstofferm\u00fcdung bei Temperaturschwankungen<\/span><\/h3>\n

Schwankt die thermische Belastung der Bauteile durch wiederholtes Aufheizen und Abk\u00fchlen, kann es zur sogenannten Erm\u00fcdung des Werkstoffs kommen. Die Schicht dehnt sich bei der Temperaturerh\u00f6hung aus und zieht sich bei der Verringerung der Temperatur wieder zusammen. Dadurch ist sie st\u00e4ndig wechselnden mechanischen Spannungen ausgesetzt. In der Folge k\u00f6nnen sich Risse in der Schutzschicht bilden, die bis in den Grundwerkstoff hineinwachsen.<\/p>\n

\n

In diesen F\u00e4llen werden duktile Metalle oder Legierungen eingesetzt, die sich gut verformen k\u00f6nnen. Der Zusammenhalt im Werkstoff bleibt dann bestehen.<\/p>\n<\/blockquote>\n

Beschichtungsstoffe f\u00fcr unterschiedliche Temperaturbereiche<\/span><\/h2>\n

W\u00e4rmebest\u00e4ndige Beschichtungen f\u00fcr eine Belastung unter 500 \u00b0C<\/span><\/h3>\n

F\u00fcr erh\u00f6hte Temperaturen bis ca. 120 \u00b0C bei normalen Umgebungsbedingungen eignen sich Beschichtungssysteme auf der Basis von Acryl, Epoxidharz und Polyurethan. In diesem Bereich liegen die Oberfl\u00e4chentemperaturen von Heizk\u00f6rpern und Rohrleitungen f\u00fcr die Warmwasserversorgung und f\u00fcr Dampfheizungen. Die thermische Belastung ist hier relativ gering. Ofenrohre und Abgasleitungen k\u00f6nnen sich bis auf ca. 250 \u00b0C erhitzen. Dieser W\u00e4rmebelastung halten Epoxid-Phenolharzlacke stand. Bei h\u00f6heren Temperaturen versagen organische Bindemittel. Sie zersetzen sich thermisch. Zink-Nickel-Beschichtung, die h\u00e4ufig zum Korrosionsschutz<\/a> von Motorenteilen und Abgasleitungen von Fahrzeugen eingesetzt wird, ist bis zu Temperaturen von ca. 300 \u00b0C best\u00e4ndig. Dann \u00fcbernehmen Silikonharze. Sie ertragen Temperaturen bis ca. 350 \u00b0C.<\/p>\n

\"konversionsverfahren-zinkphosphatierung\"<\/a><\/p>\n

Die konkrete Temperaturbest\u00e4ndigkeit ist von der genauen chemischen Zusammensetzung abh\u00e4ngig. Eine Belastbarkeit bis auf 450 \u00b0C wird durch den Zusatz von Zinkstaub erreicht. Metallische oder anorganische Zus\u00e4tze wie Aluminium oder Glimmer in Form von Pl\u00e4ttchen k\u00f6nnen die Temperaturbest\u00e4ndigkeit auf bis zu 600 \u00b0C steigern. Der Schutz von Bauteilen, die einer Belastung gleichzeitig durch hohe Temperaturen und aggressive Medien ausgesetzt sind, kann durch eine Emaillierung erfolgen. Diese korrosive und thermische Belastung ist h\u00e4ufig innerhalb von verfahrenstechnischen Anlagen anzutreffen. Die glas\u00e4hnlichen Emailleschichten sind in einem Bereich von \u201360 bis +450\u00b0C korrosionsbest\u00e4ndig.<\/p>\n

Hochtemperaturbeschichtungen f\u00fcr Temperaturen \u00fcber 500 \u00b0C<\/span><\/h3>\n

Die Metallurgie, die Triebwerkstechnik und die Glasherstellung sind Beispiele f\u00fcr Bereiche, in denen Betriebstemperaturen bis \u00fcber 1500 \u00b0C vorkommen. Hitzebest\u00e4ndige St\u00e4hle, besondere Legierungen und keramische Werkstoffe k\u00f6nnen diese Belastung ertragen. Den Korrosionsschutz f\u00fcr hitzebest\u00e4ndige St\u00e4hle erf\u00fcllen Beschichtungen aus Aluminium oder Chrom. Diese Metalle bilden mit dem Luftsauerstoff stabile, dichte Oxidschichten, die den Grundwerkstoff sch\u00fctzen.<\/p>\n

\"stahlherstellung-thermische-belastung\"
\u00a9 \u80dc \u5f20 \u2013 stock.adobe.com<\/figcaption><\/figure>\n

Beschichtungsverfahren<\/span><\/h2>\n

Temperaturbest\u00e4ndige Lacke werden in gro\u00dftechnischen Anwendungen durch Pulverbeschichtung oder kathodische Tauchlackierung aufgebracht. F\u00fcr Reparaturzwecke sind auch Lacksprays verf\u00fcgbar. Legierungen aus Zink und Nickel werden galvanisch auf den Oberfl\u00e4chen abgeschieden. Hochtemperaturbeschichtungen erzeugt man durch eine thermische Beschichtung. Zu den verwendeten Verfahren geh\u00f6ren:<\/p>\n

    \n
  • chemische Gasphasenabscheidung<\/span><\/li>\n
  • physikalische Gasphasenabscheidung<\/span><\/li>\n
  • thermische Spritzverfahren<\/span><\/li>\n
  • Plattieren<\/span><\/li>\n<\/ul>\n

    Chemische Gasphasenabscheidung<\/span><\/h3>\n

    Die chemische Gasphasenabscheidung (CVD, chemical vapour deposition) f\u00fchrt zu Schichten, die sich aus dem Grundwerkstoff und dem Beschichtungsstoff zusammensetzen.<\/p>\n

    \n

    Bei Temperaturen von ca. 1000 \u00b0C werden gasf\u00f6rmige chemische Verbindungen, die das schichtbildende Metall enthalten, mit der Teileoberfl\u00e4che in Kontakt gebracht.<\/p>\n<\/blockquote>\n

    Dort l\u00f6st sich das Metall aus der Verbindung und dringt in den Grundwerkstoff ein.<\/p>\n

    Physikalische Gasphasenabscheidung<\/span><\/h3>\n

    Bei der physikalische Gasphasenabscheidung (PVD, physical vapour deposition) wird der Beschichtungsstoff verdampft. Der Dampf kondensiert auf der Bauteiloberfl\u00e4che und bildet beim weiteren Abk\u00fchlen die Schutzschicht.<\/p>\n

    Thermische Spritzverfahren<\/span><\/h3>\n

    Beim thermischen Spritzen wird das Beschichtungsmaterial geschmolzen und auf die Werkst\u00fcckoberfl\u00e4che gespritzt. W\u00e4rmequellen f\u00fcr das Aufschmelzen k\u00f6nnen eine Flamme, ein Lichtbogen, eine Plasmaflamme oder eine Detonation sein. Als Treibgas f\u00fcr den Spritzvorgang eignen sich Edelgase sehr gut. Aus der W\u00e4rmequelle leitet sich die jeweilige Bezeichnung f\u00fcr die thermische Beschichtung ab.<\/p>\n

    \"gasflamme-thermische-belastung\"
    \u00a9 Pavelis \u2013 stock.adobe.com<\/figcaption><\/figure>\n

    Plattieren<\/span><\/h3>\n

    Bauteile mit einfachen Konturen, wie Bleche, Stangen und Rohre lassen sich durch das Plattieren gegen die thermische Belastung und die damit verbundene Korrosion sch\u00fctzen. Der Beschichtungswerkstoff hat die Form eines d\u00fcnnen Bleches oder einer Folie. Er wird auf den Grundwerkstoff aufgewalzt.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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