Härte und Verschleißfestigkeit

Härte

Die NIPLATE® Beschichtungen besitzen eine signifikant höhere Oberflächenhärte als die typischerweise beschichteten Substrate. Diese Eigenschaft trägt entscheidend zur tribologischen Leistungsfähigkeit des Bauteils bei, insbesondere hinsichtlich Verschleißfestigkeit und Oberflächenstabilität im Betrieb.

Im Vergleich zu herkömmlichen und kommerziell vergleichbaren Beschichtungen (wie elektrolytische Vernickelung, anodische Oxidation von Aluminium und thermochemische Behandlungen von Stählen) weisen chemische Nickelbeschichtungen eine durchschnittlich höhere Härte auf, die mit der von Hartchrombeschichtungen vergleichbar ist – mit dem Vorteil einer gleichmäßigen Schichtdicke und einer besseren Maßkontrolle.

Es ist jedoch zu beachten, dass die Härte des chemischen Nickels geringer ist als bei speziellen Hochleistungsbeschichtungen wie Plasma-Spray oder PVD/CVD. Diese Technologien ermöglichen zwar höhere Härten, bringen jedoch wesentliche Unterschiede hinsichtlich Kosten, geometrischer Anwendbarkeit und Prozesskomplexität mit sich, was ihren Einsatz in vielen industriellen Anwendungen einschränkt.

Die Endhärte der NIPLATE® Beschichtungen wird stark durch die Wärmebehandlung nach der Abscheidung beeinflusst, die die mikrostrukturelle Entwicklung der Ni–P-Legierung bestimmt. In der folgenden Tabelle sind die Richtwerte der erreichbaren Härte in Abhängigkeit von der angewendeten Wärmebehandlung aufgeführt:

Verschleißfestigkeit

Die Verschleißfestigkeit der NIPLATE® Beschichtungen ist das Ergebnis der Kombination aus hoher Härte, Kohäsion der Schicht und gleichmäßiger Schichtdicke. Insbesondere die Beschichtungen NIPLATE® 600 und NIPLATE® 600 SiC werden erfolgreich in Anwendungen eingesetzt, die abrasivem, adhäsivem Verschleiß und Fretting ausgesetzt sind.

NIPLATE® 600, mit einem mittleren Phosphorgehalt (ca. 7% in der Legierung), bietet eine hohe Verschleißfestigkeit sowohl unter geschmierten als auch trockenen Bedingungen. Die Möglichkeit, hohe Beschichtungsdicken (bis zu 50–70 µm) mit Aushärtungs-Wärmebehandlungen zu kombinieren, ermöglicht eine deutliche Erhöhung der Lebensdauer des Bauteils und erreicht Leistungen, die mit Hartchrom vergleichbar sind – mit dem Vorteil, dass keine nachträgliche Nachbearbeitung erforderlich ist und eine gleichmäßige Schichtdicke auch auf Innenflächen gewährleistet wird.

Für besonders kritische Anwendungen, bei denen der Verschleiß der maßgebliche limitierende Faktor ist, wurde NIPLATE® 600 SiC entwickelt. Dabei handelt es sich um eine Verbundbeschichtung mit NIPLATE® 600-Matrix, die mikrokristalline Partikel aus Siliciumcarbid (SiC) in einer Konzentration von 20–30% Volumenanteil enthält.

Siliciumcarbid ist ein synthetisches keramisches Material mit extrem hoher Härte. Seine Koabscheidung innerhalb der chemischen Nickelmatrix verleiht der Beschichtung eine außergewöhnliche Abriebfestigkeit, bis zu 10-mal höher als die von Hartchrom. Diese Eigenschaften machen NIPLATE® 600 SiC besonders geeignet für hochbeanspruchte Bereiche wie Racing, die Textilindustrie sowie industrielle Anwendungen mit kontinuierlichem und starkem Kontakt.

Taber Abraser Test für abrasiven Verschleiß

Der am häufigsten verwendete Test zur Bewertung der Abriebfestigkeit von chemischen Nickelbeschichtungen ist der Taber Abraser Test, definiert in der Norm ASTM B733.

Die Prüfung wird nach standardisierten Parametern durchgeführt:

• Schleifräder: CS-10
• Aufgebrachte Last auf jedes Rad: 1000 g
• Höhe der Absaugdüsen: 1 mm

Während des Tests wird der Prüfkörper auf einem Drehteller montiert und der kombinierten Roll- und Gleitbeanspruchung der Schleifräder ausgesetzt. Die entstehenden Verschleißrückstände werden abgesaugt, um Beeinflussungen der Messung zu vermeiden.

Das Prüfergebnis wird über den Taber Wear Index (TWI) angegeben, berechnet als mittlerer Gewichtsverlust des Prüfkörpers in Milligramm pro 1000 Zyklen. Niedrigere TWI-Werte weisen auf eine höhere Abriebfestigkeit hin.

In der folgenden Tabelle sind die Richtwerte der TWI für die wichtigsten NIPLATE® Beschichtungen in Abhängigkeit von der angewendeten Wärmebehandlung aufgeführt.