Spritztechnische Applikation von Loten zum Fügen von Leichtmetallen
Das Potenzial thermischer Spritzverfahren, insbesondere des Kaltgasspritzens (CGS), zum Aufbringen von Lotbeschichtungen für das Fügen von Aluminiumlegierungen wird untersucht. Neben Legierungen mit hoher Solidustemperatur, d.h. AA1050 und AA3005, werden auch die niedrigschmelzenden Legierungen AA5754 und AA7022 betrachtet. In Abhängigkeit von der Zusammensetzung der Fügepartner kommen AlSi12 bzw. Zn-Al-Legierungen als Lotwerkstoffe zum Einsatz. Die CGS Prozessparameter werden bezüglich des Prozessgasdrucks (N2) und -temperatur, der Pulverförderrate sowie des Spritzabstands variiert und mit Schichteigenschaften sowie ökonomischen Randbedingungen korreliert. Für die hergestellten Lotbeschichtungen wird die Prozessführung beim Löten angepasst. Sowohl Schichten als auch Lötverbindungen werden metallographisch bewertet und mit Ergebnissen herkömmlicher Lotapplikationsformen verglichen.
T. Grund, B. Wielage, A. Wank
Technische Universität Chemnitz, Lehrstuhl für Verbundwerkstoffe
Endkonturnahes Spritzen von Hartmetallschichten
Die Trennung der Funktionen des Grundkörpers und der Oberfläche ist die zugrunde liegende Idee in der Oberflächentechnik. Die Schutzwirkung hinsichtlich der Verschleiß-und Korrosionsbeständigkeit der applizierten Werkstoffe, die stetig den steigenden Anforderungen der Bauteile angepasst werden müssen, werden durch die breite Produktpalette und Weiterentwicklung der Werkstoffe erfüllt. Innerhalb der unterschiedlichen Beschichtungsverfahren nehmen bei erhöhten Beanspruchungsprofilendie thermischen Spritzverfahren einen hohen Stellenwert ein. Des Weiteren gewinnt der wirtschaftliche Einsatz und die Erhaltung von kostenintensiven Rohstoffen immer mehr an Bedeutung. Ein wesentlicher Aspekt ist dabei eine Reduktion der eingesetzten Ressourcen, respektive Werkstoffe, Beschichtungszeit
und Nachbearbeitungsaufwand durch endkonturnahes Beschichten. Bei starker abrasiver Beanspruchung hat sich insbesondere die Werkstoffgruppe der karbidischen Werkstoffe bewährt. Gerade hochverschleißbeständige Schichten, wie WC-Co oder Cr3C2-NiCr Schichten, die mittels Hochgeschwindigkeitsflammspritzens (HVOF) appliziert werden, treten in den Fokus, da ihre Herstellung mit hohen Kosten beim Beschichten und Nachbearbeiten verbunden ist. Das endkonturnahe Beschichten beinhaltet in besonderer Weise die Optimierung von Werkstoffen für die jeweiligen Brenner. Die Anpassung der Fraktionierungen und der Partikelgrößen der Hartphasen in den oben erwähnten Cermet-Pulvern ist eine Voraussetzung für das Erreichen einer geringen Rauheit der Schichten im gespritzten Zustand, die als Ausgangsbasis für eine reduzierte Nachbearbeitung oder gar ein Direct-Finishing bilden. Im vorliegenden Artikel werden Werkstoffentwicklungen im Bereich der WCCo Pulver vorgestellt, die ein endkonturnahes Beschichten erlauben. Mittels REMAufnahmen, XRD-, Rauheits- und Härtemessungen werden die Eigenschaftensowohl der Pulver als auch der daraus hergestellten Schichten charakterisiert.
Thomas Wenz, Frank Schreiber, Thomas Schnick
Durum Verschleiss-Schutz GmbH, 47877 Willich
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Andreas Wank, Thomas Grund, Bernhard Wielage
Lehrstuhl für Verbundwerkstoffe, Technische Universität Chemnitz, 09107 Chemnitz
Entwicklung auf Wärmedurchgang optimierter Schichtsysteme für tribologisch hoch beanspruchte Bauteile
Mit Hilfe des Laser-Flash Verfahrens wird die Temperaturleitfähigkeit von HVOF WC-CoCr 86-10 4 und Cr3C2- Ni20Cr 75-25 sowie APS Chromoxid- und galvanisch abgeschiedenen Hartchromschichten im Temperaturbereich zwischen RT und 600 °C ermittelt. Für WC-CoCr 86-10 4 wird detailliert der Einfluss der Prozessführung und der Hartstoffpartikelgröße im Spritzpulver untersucht. Am Beispiel von trockener Abrasionsbeanspruchung (Taber Abraser Test) wird der simultane Einfluss auf die Verschleißbeständigkeit analysiert. Für Ni5Al, Ni20Cr und 316L, die als Haftgrund bzw. als Korrosionsschutzschichten Einsatz finden, erfolgen Untersuchungen zur Abhängigkeit der Temperaturleitfähigkeit vom angewendeten Spritzverfahren (HVOF, Lichtbogen- und Hochgeschwindigkeitsdrahtflammspritzen). Zur Bewertung der Korrosionsschutzwirkung kommen der Salzsprühnebel- und der Kesternichtest zum Einsatz.
A. Wank, B. Wielage, G. Reisel, T. Grund, Chemnitz / D, U. Gross, G. Barth, Freiberg / D
Diffusionssperrschichten für Leichtbaugestelle aus Grafit und C/C in Wärmebehandlungs- und Lötprozessen
Beim Einsatz von Leichtbaugestellen aus Grafit oder mit C-Fasern verstärkten Keramiken für Wärmebehandlungsprozesse an Stahlbauteilen besteht die Gefahr, dass lokal in den Bereichen, wo die Bauteile mit dem Gestell in Kontakt stehen, Kohlenstoff in das Bauteil diffundiert und zu einem unzulässigen Gefügezustand führt. Al2O3-basierte Schichten werden mittels thermischen Spritzens auf derartige Leichtbaugestelle aufgebracht, um als Diffusionssperren mit wesentlich verbesserter Standzeit im Vergleich zu standardmäßig verwendeten Pasten auf der Basis von Al2O3 oder h-BN zu wirken. Grafit- und C/C-Gestelle werden mittels konventionellem Pulverflammspritzen mit reinem Al2O3, Al2O3-TiO2 bzw. Al2O3-Cr2O3 beschichtet. Die Schichten werden mittels Licht- und Rasterelektronenmikroskopie bezüglich der Anbindung an die Substrate sowie ihrer Porosität bewertet. Beschichtete Gestelle werden in Feldtests beim Einsatzhärten von Stahlbauteilen evaluiert, wobei die Standzeit der Spritzschichten die der Pasten um mehr als Faktor 30 übertrifft. Die Schichten vermögen die Leichtbaugestelle auch vor Schädigung durch überschüssiges Lot in Hochtemperaturlötprozessen zu schützen. Entsprechende Versuche erfolgen mit NiCr7Si4,5B3,1Fe3 Lot und Auslagerung bei 1.050 °C.
Andreas Wank, Bernhard Wielage, Guido Reisel, Sascha Ahrens Lehrstuhl für Verbundwerkstoffe, Technische Universität Chemnitz, 09107 Chemnitz
Luis MartinezVacuheat GmbH, 09212 Limbach-OberfrohnaThomas Schnick Durum Verschleißschutz GmbH, 47877 Willich