Thermisches Spritzen

Leistungsangebot

Suspensions-Hochgeschwindigkeitsflammspritzen (HVOF).
© Jürgen Jeibmann/Fraunhofer IWS
Suspensions-Hochgeschwindigkeitsflammspritzen (HVOF).
Injektor für APS-Verfahren.
© Rene Jungnickel/Fraunhofer IWS
Injektor für APS-Verfahren.

Das Fraunhofer IWS bietet eine Vielzahl moderner thermischer Beschichtungstechnologien zur Funktionalisierung von Bauteilen aus verschiedenen Materialien wie Metallen, Leichtmetallen, Kunststoffen und Keramiken an. Die Beschichtung erfolgt ohne thermische Beeinflussung der Bauteile. Zu den verfügbaren Verfahren gehören das atmosphärische Plasmaspritzen (APS) mit F6 und SinplexPro Spritzpistolen, das Hochgeschwindigkeitsflammspritzen (HVOF) mit K2, TopGun und DJ2700 Spritzpistolen sowie das Lichtbogendrahtspritzen (LDS) mit einer Arc-Spray-Jet-One/2.Gen Spritzpistole.

Das IWS bietet in enger Zusammenarbeit mit nationalen und internationalen Partnern ein breites Spektrum an Leistungen an, darunter:

  • Ganzheitliche Betrachtung der Prozesskette als kundenspezifische Systemlösung, von der Werkstoffauswahl bis zum Einsatz des beschichteten Bauteils.
  • Entwicklung maßgeschneiderter Schichtsysteme, die den spezifischen Anforderungen gerecht werden und die Leistung und den Mehrwert der Bauteile erhöhen.
  • Fertigung von systemtechnischen Komponenten für das Thermische Spritzen, insbesondere mit Suspensionen und Lösungen.
  • Unterstützung beim Transfer und bei der Integration der Beschichtungstechnologien in bestehende Systeme oder neue Fertigungslinien.
  • Beratung, Schulung und Unterstützung von Anwendern bei der Einführung neuer Technologien wie dem Suspensionsspritzen.
      

Kernkompetenzen

Die Kernkompetenzen des IWS liegen in der Entwicklung innovativer Beschichtungslösungen, darunter elektrische Schichtheizelemente, Wärmedämmschichten für Wasserstoffturbinen, nachhaltige Hartmetallschichten für stark beanspruchte Bauteile, Schutz- und Funktionsschichten für Leichtbauteile (FVK und MMC) sowie Schichten für Elektroden und Separatoren in der Wasserstoffproduktion (PEM und AEL). Im Bereich des Thermischen Spritzens mit Suspensionen und Lösungen bietet das IWS Systemtechniklösungen an, wie den 3DSF Förderer und Injektoren für APS- und HVOF-Verfahren. Zudem liegt ein Schwerpunkt auf der schadensfreien Charakterisierung von Beschichtungen, unter anderem durch die Analyse mit laserakustischen Oberflächenwellen (LaWave) in Zusammenarbeit mit unseren IWS-Kollegen.

Forschungsschwerpunkte

 

Suspensionsspritzen

Maßgeschneiderte Beschichtungen mit Partikelgrößen im Sub-Mikrometer-und Nanometerbereich

 

Funktionalisierung von FKV durch Thermisches Spritzen

Funktionsschichten für Wasserstoffanwendungen

  • Nachhaltiges Upscaling 
  • Funktionalisierung von Komponenten für Elektrolyseure und Brennstoffzellen

Funktionsschichten für Wasserstoffanwendungen

Um den Bedarf an bezahlbarem grünem Wasserstoff zu decken, sind innovative Lösungen gefragt, um die Produktionskosten zu senken. Das IWS entwickelt mittels atmosphärischem Plasmaspritzen (APS) Funktionsschichten, die auf das Upscaling abzielen und das Ziel verfolgen, kostengünstigere Komponenten für beispielsweise PEM- oder AEL-Elektrolyseure zu ermöglichen. Dies geschieht im Rahmen nationaler und internationaler Kooperationsprojekte.

Um das Hauptziel im EU-Horizon-Projekt HYPRAEL zu erreichen, wird die etablierte und ausgereifte alkalische Elektrolyse (AEL) über den aktuellen Stand hinaus verbessert. Schlüsselinnovationen zur Vermeidung kostenintensiver nachgeschalteter mechanischer Kompressionsprozesse werden gemeinsam mit fortschrittlichen Zell-, Stapel- und Planungsentwürfen untersucht, um den Energieverlust deutlich zu reduzieren. Zudem wird intensiv an der Erforschung fortschrittlicher und nachhaltiger Elektroden, insbesondere am Fraunhofer IWS an Separatoren, Polymeren, Zusammensetzungen und innovativen Architekturen gearbeitet, um das Upscaling und eine nachhaltige Massenproduktion hoch effizienter Elektrolyseure zu fördern.

Die Verwendung von Wasserstoff, beispielsweise in Turbinen für die Luftfahrt, leistet einen wesentlichen Beitrag zur Zero-Emissions-Strategie. Gleichzeitig stellen die Umstellung auf Wasserstoff hohe Anforderungen an Werkstoffe und Bauteile. Im Projekt TBC4H2 konzentrieren wir uns auf das Thema Schutzschichten für Turbinenschaufeln, um unseren Beitrag zur innovativen CO2-freien Luftfahrt zu leisten

Projekte

CHIMERA

Funktionalisierung von laserstrukturierten Faser-Kunststoff-Verbunden durch Thermisches Spritzen, Laufzeit: 05/2021–10/2023 (BMBF, FKZ: 03XP0368)

HYPRAEL

Advanced alkaline electrolysis technology for pressurised H2 production with potential for near-zero energy loss, Laufzeit: 03/2023–02/2026 (EU-Horizon)

TBC4H2

Thermal Barrier Coatings for greener heat-to-power applications, Laufzeit: 36 Monate (M-ERA.NET 3)