Tribologische Eigenschaften von thermisch gespritzten Verschleißschutzschichten
Neben dem Korrosionsschutz ist der Verschleißschutz das wichtigste Anwendungsgebiet thermisch gespritzter Beschichtungen. Derartige Schutzschichten werden sowohl auf Originalbauteile als auch zum Rekonturieren verschlissener Zonen aufgebracht. Durch Pulverflammspritzen aufgebrachte NiCrBSi Schichten haben sich ebenso wie mittels Drahtflammspritzen hergestellte Molybdänschichten bereits vor
mehreren Jahrzehnten ein weites Anwendungsfeld erschlossen. Das atmosphärische Plasmaspritzen zeichnet sich durch extrem hohe Prozesstemperaturen aus und wird deshalb insbesondere zum Herstellen oxidkeramischer Beschichtungen auf der Basis von Cr2O3, Al2O3 und TiO2 eingesetzt. Das in den 80er Jahren industriell eingeführte Hochgeschwindigkeitsflammspritzen (HVOF) ermöglicht auf Grund der hohen Gas- und somit auch Partikelgeschwindigkeiten das Herstellen von Hartmetallschichten mit nahezu theoretischer Dichte. Bei geeigneter Prozessführung ist es möglich ein Aufschmelzen der Pulver zu vermeiden, so dass die Bildung spröder Mischkarbide auf ein Minimum beschränkt werden kann. Derartige Schichten finden heute vielfach Anwendung zum Schutz von Bauteiloberflächen vor besonders starker Verschleißbeanspruchung. Weil Verschleiß keine Werkstoffeigenschaft sondern eine Systemgröße darstellt, ist für das Entwickeln einer optimalen Schutzschicht die Kenntnis des gesamten Belastungskollektivs (Verschleißmechanismus, Last, Belastungsdauer, Umgebung, etc.) sowie das Anwenden zumindest der wesentlichen Einflussfaktoren in Modellverschleißuntersuchungen erforderlich. Die vorgestellten Arbeiten zielen auf das Entwickeln optimaler Schutzschichten für Walzen in der Papierindustrie. Diese unterliegen einer stark abrasiven Beanspruchung, wobei das Abrasivmedium im Wesentlichen gebunden vorliegt. Darüber hinaus besteht teilweise eine erhebliche korrosive Belastung. Für eine Vielzahl von Anwendungen konnte nachgewiesen werden, dass die
Verschleißbeständigkeit von Hartmetallen bei konstantem Binderanteil mit abnehmender Hartstoffpartikelgröße zunimmt. In [1] wird berichtet, dass Verbesserungen der Beständigkeit im ASTM B611 Test um eine Größenordnung für eine Verringerung der Hartstoffpartikelgröße von 5,1 μm auf 0,6 μm erreicht werden. Auch für WC-Co Plasmaspritzschichten wird unter trockener Gleitverschleißbeanspruchung [2] sowie für HVOF WC-Co und Cr3C2-NiCr Schichten unter abrasiver Beanspruchung [3] eine mit abnehmender Größe der Hartstoffe verbesserte Beständigkeit erzielt. Dagegen berichten Lugscheider et al. [4], dass nanostrukturierte Ni/Al2O3 Verbundschichten bei Strahlverschleißbeanspruchung mit groben Partikeln unter einem Winkel von 30° zur Oberfläche keine Verbesserungen im Vergleich zu einem Baustahlsubstrat erbringen. Auch im häufig angewendeten ASTM G65 Test wird beim Einsatz von Korund sowie Quarzsand mit unterschiedlichen Körnungen ein erhöhter Verschleißabtrag für HVOF WC-Co
Schichten mit feinen Karbiden beobachtet [5].
Andreas Wank, Bernhard Wielage, Guido Reisel, Margit Wözel, Thomas Grund
Lehrstuhl für Verbundwerkstoffe, Technische Universität Chemnitz, 09107 Chemnitz