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Projektbereich D
Lugscheider, Erich
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aufeinander soll ein Kompromiss zwischen guter Thermowechselbeständigkeit und
niedriger Porosität erreicht werden.
Zusätzlich zu den ZrO2-basierten Schichten wurde auch Aluminiumtitanat (Al2TiO5),
welches aufgrund seines Ausdehnungskoeffizienten für die Anwendung im Thixoforming
ein interessanter Werkstoff ist, untersucht. Die gespritzten Al2TiO5-Schichten zeigten im
Gegensatz zu den ZrO2-basierten Schichten nach dem Spritzprozess Phasenveränderungen,
die auch durch den nachfolgenden Wärmebehandlungsprozess nicht ausgeheilt werden
konnten. Ebenso zeigt diese Schicht aufgrund ihres niedrigeren Ausdehungskoeffizienten
im Gegensatz zu den verwendeten Substraten und Haftvermittlern eine geringe Haftung.
Weiterhin waren die Al2TiO5-Schichten den ZrO2-basierten Schichten aufgrund eines
entstehenden Rissnetzwerkes ab 800°C bei den Thermowechseltests und Tribometeruntersuchungen
unterlegen. Die Al2TiO5-Schichten wurden nach dem Werkstoffscreening nicht
weiter verfolgt.
2.2.1.3 Aktivlöten
Neben den verschiedenen Schutzschichten, die mittels PVD-, CVD-Verfahren
(Teilprojekt D3) und Thermischen Spritzens auf die Thixoforming-Werkzeuge
abgeschieden werden, wurde auch die Integration von keramischen Panzerungen
(Teilprojekte D1 und D2) oder vollkeramischen Einsätzen (Teilprojekt D2) in mechanisch
und thermisch hochbelasteten Werkzeugbereichen untersucht. Um die keramischen
Panzerungen oder vollkeramischen Einsätze in die Thixoforming- Werkzeuge zu
integrieren, wurde die Prozesstechnologie des Aktivlötens eingesetzt. Dieses
stoffschlüssige Verfahren wurde ausgewählt, da es das Potenzial metallische und
keramische Komponenten dauerhaft – auch für Hochtemperaturapplikationen geeignet zu
verbinden /Bach 02, ElSawy 00/.
Im vergangenen Zeitraum wurde die Machbarkeit eines solchen Verbundes nachgewiesen.
Die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Fügepartner führen bei
der Abkühlung unterhalb der Soliduslinie zu Spannungen, die über spannungsrelaxierende
Schichten abgebaut werden. Hierdurch können die Werkzeuge anforderungsgerecht
ausgelegt werden.
Der Stoffschluss beim Aktivlöten wird über eine spezielle Lotzusammensetzung erreicht,
da konventionelle Metalllote keramische Werkstoffe nicht ausreichend benetzen. Bei
Aktivloten wird die Benetzung der Werkzeugkomponenten über chemische Wechselwirkungen
zwischen Aktivlot und Keramik erreicht. Um die Benetzung zu verbessern,