HVOF Coating op klepsteel voor scheepsdieselmotoren levert extra kostenbesparing

Door kwetsbare componenten te voorzien van een speciale coating, kunnen problemen met betrekking tot slijtage, corrosie en beschadigingen door hitte worden bestreden. De oplossingen van deze problemen liggen niet altijd bij de keuze van een hoogwaardiger basismateriaal. Het aanbrengen van een ‘tailor made’ coating is een andere benadering van een dergelijk probleem.

H.A.P. Ulrich
De auteur is manager Thermal Spray Dept. bij Philips CMTI te Eindhoven

Artikel uit RVS 5 1998
 

De firma MAN B&W Diesel A/S in Kopenhagen heeft met succes op de klepsteel van de uitlaatklep van hun complete MC-serie dieselmotoren een slijtvaste laag aangebracht met de HP/HVOF Thermisch Spuittechniek.
De klepstelen, die van Nimonic 80A en austenitisch roestvast staal gemaakt werden, waren in het verleden voorzien van een hardchroomlaag ter bestrijding van de optredende problemen door slijtage, corrosie en erosie. Bij een complete revisie van de uitlaatkleppen was het gebruikelijk dat, gezien de opgetreden slijtage, ook de hardchroomlaag op de klepsteel werd vernieuwd.
Omdat door allerlei technische ontwikkelingen de intervallen tussen de revisiebeurten steeds langer werden, was het noodzakelijk geworden om de levensduur van de klepsteel te verlengen en in lijn te brengen met de andere kleponderdelen en moest er gezocht worden naar een alternatief voor hardverchromen. Bovendien betekent hardverchromen in de praktijk een hoge kostenpost en vereiste het voor de kleppen een specialisatie,
die slechts beperkt aanwezig was.

De oplossing

Als oplossing werd gekozen voor een 0,3 mm dikke cermet-laag, een combinatie van metaal en metaalcarbide, aangebracht door Philips CMTI met het HP/VOF spuitsysteem (High Pressure High Velocity Oxygen Fuel). Deze spuittechniek is een van de meest recente ontwikkelingen op het gebied van thermisch spuiten en heeft enkele bijzondere eigenschappen. De opgewarmde poederdeeltjes worden met dit systeem met een zeer hoge snelheid (tot circa 1000 m/sec) naar het te coaten oppervlak geschoten.
De geschiktheid van een deklaag voor een bepaalde toepassing wordt niet alleen door de chemische samenstelling bepaald, maar vooral ook door haar laageigenschappen zoals oxidegehalte, poreusheid en hechtsterkte.

Afbeelding 1 Sectie uit een samenstelling van de uitlaatklep met pneumatische veer, afdichtings-luchtkamer en klepsteel.


• Oxidegehalte: Door de hoge snelheid van de poederdeeltjes is de verblijftijd in de hete vlam klein en daardoor
hebben de opgewarmde deeltjes nauwelijks kans om te oxideren.
• Poreusheid: De hoge snelheid die de poederdeeltjes hebben op het moment dat zij het te spuiten oppervlak
treffen, zorgt voor de hoge dichtheid en geringere poreusheid (≤ 1%).
• Hechtsterkte: Doordat de krimpspanningen (trekspanningen) voor het merendeel gecompenseerd worden door drukspanningen, ontstaat er een betere hechting dan bij andere spuittechnieken en is het ook mogelijk om dikkere lagen aan te brengen (0,5 - 4,0 mm). Deze drukspanningen zijn het gevolg van deformaties, die door de hoge kinetische energie van de opvallende spuitdeeltjes in de laag worden veroorzaakt.
De op de spindels aangebrachte HP/HVOF cermet-laag heeft, op grond van haar chemische samenstelling en geringe poreusheid, een hoge weerstand tegen slijtage en is in uiteenlopende omstandigheden uitermate corrosiebestendig. Na het coaten worden de klepstelen geslepen en op een gedefinieerde ruwheid gebracht.

Tests

De nieuwe coating is door MAN B&W Diesel A/S uitvoerig getest onder normale en onder zeer zware condities.
Bij deze laatste was er zowel een direct contact met de verbrandingsresidu’s in de vorm van harde erosieve deeltjes, als met zwavelig zuur. In beide gevallen kon er geen meetbare slijtage worden vastgesteld of andere laagdefecten worden waargenomen. Slechts een licht polijsteffect werd plaatselijk geconstateerd. De vervanging van de hardchroomlaag zal in de nabije toekomst duurder worden vanwege de strengere milieu-eisen en wordt op de spindels uitgevoerd na 10.000 werkuren. De levensduur van de nieuwe HP/HVOF cermet-laag onder beduidend zwaardere condities is ≥ 20.000 werkuren zonder tekenen van slijtage.
Als gevolg van de enorme slijtageweerstand van de nieuwe HP/HVOF coating op de klepstelen, is het nu noodzakelijk geworden om de afdichtingsringen van de klepstelen te redesignen teneinde er zeker van te zijn dat deze ringen eenzelfde standtijd zullen hebben als de klepstelen.

Meer toepassingen

De cermet-coating is geïntroduceerd voor alle nieuwe klepstelen, maar zal ook als standaardmethode gebruikt gaan worden bij de revisie van deze onderdelen. Deze innovatieve manier van standtijdverlenging wordt niet alleen op klepstelen toegepast, maar ook reeds op diverse andere componenten, zoals onder andere pompplunjers, turbinerotoren, afdichtingsringen en kleppen.
De ontwikkeling van nieuwe applicaties met deze en andere deklagen staat niet stil. De HP/HVOF spuittechniek
maakt applicaties mogelijk die voorheen ondenkbaar waren. Philips CMTI in Eindhoven heeft de applicatiekennis, de HP/HVOF apparatuur en productiefaciliteiten in huis. Ook is metaalkundige ondersteuning aanwezig om de klant een passende coating-oplossing aan te kunnen bieden.

Literatuur

‘Valve spindle coating offers cost savings’, The Motor Ship, March 1995, p.8.