SB_19874BGLP

Seite 5 des Schlussberichts zu IGF-Vorhaben 19874 BG
können Eigenspannungswerte erreicht werden, welche betragsmäßig größer sind als die Werte
der Haftzugfestigkeit, was bei bestimmten Geometriemerkmalen der Bauteile, wie Kanten, bei
mehrachsigen Spannungszuständen durch mechanische Punkt- und Linienlasten oder bei thermischer
Beanspruchung der beschichteten Bauteile zu katastrophalem Versagen führen kann
(Delamination, Abplatzung von Schichtbestandteilen). Da Spritzschichten nach der Herstellung
im spritzrauen Zustand vorliegen, ist für die meisten technischen Anwendungen eine mechanische,
zumeist spanende Nachbearbeitung notwendig. Diese ist relativ aufwendig, da hohe Bearbeitungskräfte
aus den oben genannten Gründen zu vermeiden sind. Beim Zerspanen ergeben
sich bezogen auf den gesamten Herstellungsprozess weitere Probleme, da die Schichten mit
deutlichem Übermaß aufgebracht werden müssen, nur geringe Vorschübe beim Spanen eingestellt
werden können (lange Bearbeitungszeit) und da aufgrund der Schichtporosität beim Spanen
nur eingeschränkt mit flüssigen Kühlschmierstoffen gearbeitet werden kann. Zusammenfassend
betrachtet, bestehen bei Thermischen Spritzschichten zahlreiche technologiebedingten Nachteile,
welche die Konkurrenzfähigkeit des Verfahrens und damit die Wettbewerbsfähigkeit von
Spritzfachbetrieben einschränken:
Tab. 1: Typische Schichteigenschaften bei thermisch gespritzten Schichten und daraus resultierende
Problemstellungen für die Anwendung
Schichteigenschaftsmerkmale
Porosität /offene Poren an der Oberfläche
Zugeigenspannungen oder unangepasster Eigenspannungszustand
Hohe Oberflächenrauheit
Schichtdickenschwankungen
Resultierende Anwendungsprobleme
Korrosionsanfälligkeit
Schichtdelamination, Abplatzungen
Unerwünschte tribologische Eigenschaften
Ungenügende Maßhaltigkeit, schlechte Reproduzierbarkeit
insbesondere im Randbereich
Den genannten Nachteilen (Tabelle 1) soll durch ein neues und innovatives Nachbearbeitungsverfahren,
der Ultraschallbehandlung (US), begegnet werden, welche bislang nicht industriell für
Spritzschichten eingesetzt wird. Das einfache Funktionsprinzip der US-Behandlung, basierend
auf einem hochfrequenten mechanischen Hämmern einer Ultraschallsonotrode gegen die Werkstückoberfläche
mit aufgebrachter Spritzschicht, bietet ein enormes, bislang ungenutztes Potenzial
zur Schichteigenschaftsverbesserung. Durch das Hämmern wird die Schichtporosität verringert
(Verdichten), die spritzrauhe Schicht („as-sprayed“-Zustand) wird eingeebnet (Glätten) und
es erfolgt auf Basis der Kaltverformung eine Erhöhung der Versetzungsdichte (Materialverfestigung).
Zudem werden Zugeigenspannungen minimiert bzw. in Druckeigenspannung überführt,
was das Langzeitverhalten der Beschichtung, insbesondere unter Wechselbelastung signifikant
verbessert (Risshemmung) [Bag09]. Die genannten Vorteile sind nachfolgend in der Tabelle 2
zusammengefasst. Zudem bestehen weitere Vorteile, die sich aus der einfachen Handhabbarkeit
der US-Technologie ergeben [Sta04].