There are constantly increasing requirements concerning light-weight concepts in automotive design due to energy saving demands. Additionally reduction of component weight is desired for demountable parts to permit easier handling. One innovative development example in this field is a draw bar consisting of precipitation hardened aluminum featuring significant weight reduction compared to presently applied steel draw bars. However, low wear resistance of aluminum alloys makes sophisticated addition of wear resistant parts in the area of the positive fit necessary. This leads to increased machining time, further costs for purchasing and machining of adapted additional components and further assembling steps. A study on the capability of thermal spray coating deposition in the positive fit area for substitution of the sophisticated wear protection system is carried out. Different HVOF coating systems with variable thicknesses are tested concerning their capability to withstand bending stress. The optimum combination of Ni20Cr bond coats and Cr₃C₂ - 25 Ni20Cr top coats is applied for prototype production. The prototypes are tested concerning their performance under dynamical load and in corrosion tests. All produced prototypes pass both mechanical and corrosion tests. Prototypes, on which arc-sprayed Ni20Cr coatings are deposited as a low-cost solution, are still in tests.

Zum Herstellen hochwertiger Metall-Keramik-Verbundschichten für Anwendungen im Verschleißschutz werden in der industriellen Fertigung in zunehmendem Maße HVOF-Spritzsysteme eingesetzt. Die erreichbaren Schichteigenschaften unterscheiden sich dabei erheblich in Abhängigkeit vom eingesetzten Spritzzusatzwerkstoff, dem Spritzsystem und den Spritzparametern. Durch Untersuchungen der Inflight-Parameter der Spritzpartikel mit Hilfe eines CCD-Kamera-basierten Überwachungstools des Typs SprayWatch® werden für zwei mit Kerosin als Brennstoff betriebenen Pistolentypen - Tafa JP5000 und GTV K2 - und die typischen Spritzzusatzwerkstoffe WC/Co 88/12 und Cr₃C₂/NiCr 75/25 die entlang der Strahlachse vorliegenden Partikelparameter Geschwindigkeit und Temperatur aufgenommen und mit den Schichteigenschaften Porosität und Mikrohärte sowie mit der Schichtdicke korreliert. Auf der Basis dieser Ergebnisse werden für die beiden Pistolentypen optimale Spritzabstände abgeleitet.

For constant conditions concerning substrate state, feedstock and environment properties of thermal spray coatings depend only on temperature and velocity of particles at impact on the substrate. Two different HVOF spraying guns, the kerosene fuel system Tafa JP5000 with radial powder injection and the ethylene fuel system Sulzer Metco Diamond Jet Hybrid 2700 with axial powder feeding, are characterized concerning the evolution of space resolved velocity and density of particles by LDA. Also influence of process parameter variations is examined. The region of shock diamonds is studied specifically. The influence of different characteristics concerning impact velocity and trajectories on the coatings microstructure is determined by means of optical microscopy and microhardness testing.

Mit dem Ziel den Kraftstoffverbrauch zu senken besteht seitens der Automobilindustrie ein zunehmender Druck Leichtbaukonzepte anzuwenden. Zudem wird das Reduzieren des Bauteilgewichts auch für eine leichtere Handhabung angestrebt. Ein Beispiel für innovative Entwicklungen auf diesem Gebiet ist das Ausführen einer Kugelstange aus einer ausscheidungshärtenden Aluminiumlegierung, die Gewichtseinsparungen von über 2 kg im Vergleich zur Stahlvariante ermöglicht. Allerdings erfordert die geringe Verschleißbeständigkeit des Aluminiums komplizierte Schutzmaßnahmen im Einsteckbereich. Dies ist mit erhöhtem Aufwand bei der spanenden Bearbeitung und dementsprechend verlängerten Maschinenbelegungszeiten verbunden. Darüber hinaus müssen Zukaufteile in zusätzlichen Montageschritten appliziert werden. Mit dem Ziel die damit verbundenen Kosten zu vermeiden wird untersucht, ob mit Hilfe thermisch gespritzter Schichten eine ausreichende Verschleißschutzwirkung erzielt werden kann. Unterschiedliche HVOF Brenner und Schichtwerkstoffe kommen zum Einsatz, um Schichtsysteme herzustellen, die eine maximale Verbundfestigkeit unter Biegebeanspruchung ermöglichen. Ni20Cr Haftschichten erweisen sich in Kombination mit Cr₃C₂/Ni20Cr 75/25 Deckschichten als optimal und werden mit den günstigsten Schichtdicken auf Prototypenbauteile aufgebracht. Die Prototypen bestehen sowohl die mechanisch-dynamischen Tests als auch die Korrosionsprüfung mittels Salzsprühnebeltest. Die Prüfungen an Prototypen, die mit lichtbogengespritzten Ni20Cr versehen werden, um die Schichtkosten zu senken, dauern an.

Für tribologisch und / oder korrosiv stark beanspruchte Bauteile mit wärmeübertragender Funktion, wie zum Beispiel Trockenwalzen in der Papierindustrie oder Wärmewertkessel, ist neben der Schutzwirkung der Schichten auch der Wärmedurchgang ein wichtiges Kriterium für die Optimierung, weil neben der Lebensdauer auch die Betriebskosten der beschichteten Bauteile für umfassende okönomische Betrachtungen zu berücksichtigen sind.
Am Beispiel von WC/CoCr 86/10-4 Schichten wird der Einfluss der Karbidgröße im Ausgangspulver und der Prozessführung beim HVOF Spritzen auf die Wärmeleitfähigkeit im Temperaturbereich zwischen RT und 600 °C mit Hilfe von Laser-Flash Analysen untersucht. Die simultanen Auswirkungen auf die Verschleißbeständigkeit unter trockener Abrasionsbeanspruchung (Taber Abraser Test) sowie die Beständigkeit in Salzsprühnebel- und Kesternichtests werden ermittelt. HVOF Cr₃C₂/Ni20Cr 75/25 sowie APS Chromoxid- und galvanisch abgeschiedene Hartchromschichten werden zu Vergleichszwecken untersucht. Auch für potenziell geeignete Haftschichten aus Ni5Al und Ni20Cr, die mittels HVOF, Lichtbogen- und Hochgeschwindigkeitsdrahtflammspritzens hergestellt werden, erfolgen Analysen der Wärmeleitfähigkeit. Die Eignung des Einsatzes ultrafeiner Hartmetallpulver zum Senken der Nachbearbeitungskosten wird diskutiert.

The performance under dry abrasive wear conditions is studied for HVOF sprayed cermet coatings in comparison to APS Cr₂O₃ and electroplated hard chromium coatings in Taber Abraser tests. Investigations on the wear behaviour depending on the use of different abrasive wheels as well as on the influence of hard phase size, microhardness and chemical composition of the metallic matrix alloy in HVOF sprayed cermet coatings are carried out. For applications in the field of heat transferring components facing strong abrasive wear stress also the influence of hard phase size and microhardness on the thermal diffusivity of HVOF WC-CoCr 86-10 4 is studied. In general HVOF sprayed cermet coatings show superior wear resistance compared to APS Cr₂O₃ and electroplated hard chromium coatings in Taber Abraser tests with H-22 abrasive wheels. The chemical composition of the metallic matrix of HVOF cermet coatings proves to be decisive concerning optimized wear resistance. The size of hard phases shows only minor influence. Coatings produced with coarse carbides make the highest wear resistance accessible, but the wear behaviour depends much more severely on an optimized processing compared to coatings with fine carbides.

Das neuartige Kaltgasspritzen (CGS) erlaubt die Herstellung von Schichten mit zum Ausgangspulver identischer Zusammensetzung. Aufgrund sehr geringer thermischer Beeinflussung der Spritzpartikel im Strahl lassen sich auch sauerstoffaffine Materialien an Atmosphäre verarbeiten. Es werden Aluminium-, Zink- und Zinn-Basislotpulver (AlSi12, Zn, ZnAl5, ZnAl15, SnAg4Cu0,5) auf verschiedenen Aluminiumlegierungen (AA1050, AA3005, AA5754, AA7022) appliziert. Spritzprozessparameter werden variiert und mit Schicht- und Prozesscharakteristika korreliert. Die Eignung der Lotbeschichtungen wird durch optimierte Lötprozesse im Schutzgasofen sowie mit Ultraschallunterstützung nachgewiesen.

The laser-flash method is used to determine the thermal diffusivity of HVOF sprayed WC-Co(Cr) and Cr₃C₂-Ni20Cr as well as APS sprayed Cr₂O₃ and electroplated hard chromium coatings in the temperature range between RT and 600 °C. Additionally bond and/or corrosion protective coatings like Ni5Al, Ni20Cr and 316L are characterized taking into account the different manufacturing methods twin wire arc spraying, HVCW and HVOF. With respect to the application example of drying rollers in paper industries the Taber-Abraser wear test is applied to evaluate the wear resistance. Finally the coatings are characterized concerning their corrosion resistance by salt fog test and by exposure to humid SO₂ environment. For WC-CoCr feedstock the effect of carbide size and micro hardness on thermal, wear and corrosion properties are studied. WC-CoCr coatings with maximum micro hardness and fine carbides show the best thermal conductivity. The use of coarse carbide feedstock permits manufacturing of coatings with the highest resistance against dry abrasive wear, but the protective function depends severely on the processing conditions.