Integrales Optimieren von Verschleißschutzschichten für tribologisch stark beanspruchte Bauteile mit wärmeübertragender Funktion
Thermisch gespritzte Schichten kommen sowohl zur Wärmedämmung als auch zum Einstellen hoher thermischer und elektrischer Leitfähigkeiten an Bauteiloberflächen zum Einsatz. Für Wärmedämmschichten, die üblicher Weise auf ZrO2 oder Al2O3 basieren, liegen umfangreiche Kenntnisse bezüglich der Wärmeleiteigenschaften vor [1-8]. Für derartige Spritzschichten charakteristische
hohe Porositäten sowie hohe Dichten von Mikrorissen und Grenzflächen zwischen den schichtbildenden Spritzpartikeln führen zu wesentlich geringeren Wärmeleitfähigkeiten als bei entsprechenden Sinterkeramiken. Darüber hinaus wurden auch häufig als Haftschichten für die Wärmedämmschichten eingesetzte MCrAlY Schichten bezüglich ihrer thermischen Leitfähigkeit untersucht [9]. Schließlich existieren Aussagen zur Wärmeleitfähigkeit neuartiger kaltgasgespritzter Kupferschichten. Für diese werden 90% der Leitfähigkeit von Kupfer Bulkmaterial angegeben, während HVOF gespritzte Kupferschichten nur 50% erreichen [10- 12]. Hinweise zur angewendeten Messmethode und konkrete Messdaten fehlen allerdings.
Andreas Wank, Bernhard Wielage, Guido Reisel, Thomas Grund, Eduard Friesen, Hanna Pokhmurska
Lehrstuhl für Verbundwerkstoffe, Technische Universität Chemnitz, 09107 Chemnitz
Ulrich Gross, Gerald Barth Institut für Wärmetechnik und Thermodynamik, Technische Universität Bergakademie Freiberg, 09596 Freiberg
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
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