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Einleitung und Zielstellung 1 Einleitung und Zielstellung 1.1 Motivation Thermisch gespritzte Verschleißschutzschichten werden bei einer Vielzahl von Maschinenelementen zur Erhöhung der Lebensdauer eingesetzt. Das zentrale Ziel ist hierbei die Verwendung von kostengünstigen Grundwerkstoffen ergänzt durch eine entsprechende Oberflächenfunktionalisierung. Die Verfahren des Thermischen Spritzens bieten eine Reihe von Möglichkeiten zur Applizierung metallischer, keramischer und cermetischer Schichten bzw. Schichtsysteme. Für diese Werkstoffklassen werden bisher vor allem Hochgeschwindigkeitsflamm- und Plasmaspritzprozesse verwendet. Eine weitere Variante zur Realisierung verschleißbeständiger Schichtstrukturen ist die Einbringung von karbidischen Hartstoffpartikeln in der gewünschten Größe und Konzentration in eine duktile Matrix. Unter Verwendung des Lichtbogenspritzens kommen hierzu Fülldrähte mit einer metallischen Hülle und einem partikelgefüllten Kern zum Einsatz. Diese Verfahrensvariante bietet eine Reihe von Vorteilen. Das Draht-Lichtbogenspritzen zählt zu den kosteneffizientesten thermischen Spritzverfahren. Für den konventionellen Prozess wird lediglich ein Zerstäubergas wie bspw. Stickstoff oder Druckluft benötigt. Der Spritzzusatzwerkstoff steht auf entsprechenden Drahtspindeln zur Verfügung. Die unkomplizierte Anlagentechnik und Prozessführung ermöglichen eine automatisierte Anwendung. Bei der Verwendung von Fülldrähten sind jedoch Besonderheiten zu beachten. Es existieren zahlreiche Anbieter (Corodur, GTV, Durum, ITW, Praxair) und Konzepte zur Gestaltung der Spritzzusatzwerkstoffe. Die Drähte unterscheiden sich durch die Wandstärke des Mantelwerkstoffs sowie Art und Form der Falzung, woraus schließlich der Querschnitt und die Menge an enthaltener Partikelfraktion im Kern resultieren. Das Verhältnis zwischen Massivwerkstoff und Pulvermenge hat entscheidenden Einfluss auf den Spritzprozess sowie auf die Eigenschaften der entstehenden Verschleißschutzschicht. Im Beschichtungsvorgang werden zwei Drahtzusatzwerkstoffe zusammengeführt und in einem Lichtbogen als Kathode und Anode abgeschmolzen. Die Kontaktierung erfolgt je nach Systemvariante 10 bis 30 mm vor dem Drahtende. Der Spritzzusatz ist damit nicht nur zugeführter Werkstoff, sondern nimmt eine aktive Rolle im Prozess ein. Je nach Ausformung besitzt der Draht einen spezifischen elektrischen Widerstand, der als Systembestandteil und Störgröße den Prozess beeinflusst. Die Menge und Zusammensetzung der Hartstoffphase sowie deren Partikelgröße ist vom jeweiligen Fülldraht abhängig. Je nach Anbieter und Produkt können somit unterschiedliche Schichtstrukturen erzeugt werden. Die gezielte Beeinflussung der - 1 -
Einleitung und Zielstellung entstehenden Oberflächenfunktionalisierung ist aufgrund des nicht reproduzierbaren Übergangs der Hartstoffe von der Drahtfüllung in die Spritzschicht bisher nicht möglich. Ein erheblicher Anteil der enthaltenen pulverförmigen Werkstoffe wird aufgrund der hohen Kinetik des Prozesses nicht in die Matrix eingebunden und direkt von der Oberfläche reflektiert. Die bisherigen Erkenntnisse zum optimalen Verhältnis zwischen Mantelwerkstoff und Verstärkungskomponente, zum Werkstoffübertrag sowie zur Prozesskinetik bieten erheblichen Forschungsbedarf. Als Grundlage für ein deutlich verbessertes Verständnis des Vorgangs muss eine Untersuchung der Zusammenhänge zwischen Drahtdesign, Partikelgröße, Prozessparametern und Hartstoffübergang erfolgen. Die so gewonnenen Kenntnisse ermöglichen eine zielgenaue und reproduzierbare Herstellung von Verschleißschutzschichten mit definierten Eigenschaften. Hierzu müssen die Verfahrensgrenzen und industriell nutzbare Prozessfenster ermittelt werden. - 2 -
Seite 1: 2019 Abschlussbericht DVS-Forschung
Seite 4 und 5: Bibliografische Information der Deu
Seite 8 und 9: Einleitung und Zielstellung 1.2 Zie

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