Vergleich des Verschleißverhaltens von Hartchrom- und Hartmetallschichten unter verschiedenen Beanspruchungsbedingungen
Elektrolytisch abgeschiedene Hartchrom- und mittels thermischen Spritzens aufgebrachte Hartmetallschichten haben große Verbreitung in einer Vielzahl von technischen Anwendungen zum Schutz von Bauteiloberflächen vor Verschleiß, teilweise auch bei überlagerter Korrosionsbelastung, gefunden. Mit der Begründung, dass für Prozesse, die das kanzerogene CrVI verwenden, grundsätzlich eine Substitution anzustreben ist, erhielt das vermeintlich umweltfreundlichere thermische Spritzen Einzug in einige Anwendungsbereiche, in denen zuvor Hartchromlösungen Stand der Technik waren. Dies betrifft die Luftfahrt, bspw. in Bezug auf Komponenten des Fahrwerks, die Papier- und Druckindustrie sowie Anwendungen im off-shore Bereich [1-3]. Thermisch gespritzten Hartmetallschichten wird in Bezug auf die ökonomischen Randbedingungen die beste Eignung für den Ersatz von Hartchromschichten beigemessen [4]. Allerdings kann das thermische Spritzen wegen der Erfordernis der Zugänglichkeit der zu beschichtenden Oberflächen für den Spritzstrahl und den teilweise sehr hohen Wärmeeintrag in die Bauteile für einen erheblichen Teil der heute angewendeten Hartchromschichten gar keine Alternative sein [5]. Ein wesentliches technisches Argument für den Einsatz hochgeschwindigkeitsflammgespritzter (HVOF) Hartmetallschichten ist der Druckeigenspannungszustand, der in den Schichten üblicher Weise eingestellt werden kann. Dadurch ergeben sich wesentlich verbesserte Schwingfestigkeiten beschichteter Bauteile im Vergleich zum Einsatz zugspannungsbehafteter Hartchromschichten [6-7]. Zumeist lässt sich erst unter Berücksichtigung derartiger Vorteile über die Lebensdauer von Bauteilen ein wirtschaftlich sinnvoller Ersatz durch Hartmetallschichten ableiten [2-3,8]. Für Anwendungen, bei denen die Hartchromschichten nicht die Lebensdauer begrenzen, ist dies insbesondere wegen der teuren Nachbearbeitung konventioneller Hartmetallschichten nicht der Fall. An dieser Stelle setzen Konzepte zum Einsatz von Feinstpulvern beim HVOF an, um eine Zielschichtdicke mit hoher Präzision bei deutlich reduzierter Rauheit einstellen zu können. So kann ein Finishing durch Bandschleifen für viele Anwendungen ausreichend sein [9-11]. Es liegen nur wenige Veröffentlichungen vor, die einen Vergleich von Hartchrom- und Hartmetallschichten bezüglich der Verschleißfestigkeit ziehen und dabei auf die Gültigkeit der Ergebnisse für die spezifischen tribologischen Randbedingungen verweisen [3,12]. Häufig wird die Verschleißbeständigkeit in einem einzigen Test bestimmt und als Schichteigenschaft allein in Abhängigkeit von der chemischen Zusammensetzung oder Mikrostruktur des Spritzzusatzwerkstoffs behandelt. Der Komplexität von realen Tribosystemen gerecht zu werden ist zwar in der vollen Breite nicht möglich. Um Fehlinterpretationen zu vermeiden, sind aber zumindest Betrachtungen für die relevanten Verschleißmechanismen erforderlich. Für trockene abrasive Beanspruchung mit gebundenem Abrasiv sowie trockene Oszillationsverschleißbeanspruchung mit 100Cr6H sowie Al2O3 als Gegenkörper werden diverse thermisch gespritzte Hartmetallschichten mit dicken elektrolytisch abgeschiedenen Hartchromschichten verglichen. Dabei werden mikrostrukturelle Einflüsse auf das Verschleißverhalten unter den spezifischen Randbedingungen diskutiert.
A. Wank, B. Wielage, E. Friesen, H. Pokhmurska, G. Reisel; Chemnitz
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