Thermisches Spritzen von PTA-Werkstoffsystemen
Final Report Abstract
Ziel des Forschungsvorhabens war es, das Anwendungsfeld von PTA-Werkstoffkonzepten zu erweitern und für die Verarbeitung mittels thermischer Spritztechnik zu erschließen. Das Forschungsvorhaben war ein Teilprojekt (TP 5) im PAK 437 „Herstellung, Eigenschaftsanalyse und Verschleißverhalten von technischen Oberflächen aus mikrostrukturierten, metallischen Werkstoffen und Beschichtungen“ und stellte eine Ergänzung zum Projekt „PTA-Schichten“ (TP 3) dar, wobei die spritztechnische Verarbeitbarkeit von PTA-Ausgangswerkstoffen näher betrachtet werden sollte. Die im Projekt untersuchten Werkstoffe waren handelsübliche PTA-Ausgangspulver in spritzfähigen Kornfraktionen. Besonders wurden Fe-basierte Werkstoffe betrachtet, da diese als ökonomisch und ökologisch bessere Alternative zu den bestehenden thermisch gespritzten Cermet-Schutzschichten aus wolfram- oder chromcarbidhaltigen Verbundpulvern qualifiziert werden sollten. Als thermische Spritzverfahren wurden HVOF- und APS-Prozesse herangezogen. Es wurden die entstehenden Schichtmorphologien und -härten mit den Abrasionsverschleißbeständigkeiten korreliert und mit PTA-Schichten und thermisch gespritzten Cermet-Schichten verglichen. Während sich durch den HVOF-Prozess die Phasenzusammensetzung zwischen dem ausgehärteten Ausgangspulvern und den erzeugten Schichten kaum ändert, weist die an den APS-Schichten beobachtete Reflexverbreitung der Matrixphasen sowie die verkleinerten Signalintensitäten der Carbidphasen die Auflösung im Spritzprozess und anschließende Zwangslösung eines großen Teils der Carbidausscheidungen nach. Dies wirkt sich negativ auf den Volumengehalt der Hartphasen in der Spritzschicht und damit auf die abrasive Verschleißbeständigkeit aus. Im Ergebnis wurden die Abtragraten (Volumenabtrag) im Verschleißtest nach ASTM G65 im Vergleich zum ungeschützten Stahl-Grundwerkstoff zwar mit APS- und HVOF-Schichten verbessert. Insbesondere die mittels HVOF hergestellten Schichten zeigten die für Eisenbasis-Schichten quantitativ besten Ergebnisse mit um bis zu 50 % verringerten Verschleißraten. Aufgrund der sich einstellenden Schichteigenspannungszustände weisen jedoch die HVOF-beschichteten Proben im Vergleich zu APS-beschichteten Proben eine um etwa 100 MPa verminderte Dauerfestigkeit. Die vorliegenden Ergebnisse zeigen, dass die untersuchten thermisch gespritzten Eisenbasis-Schichten unter Nutzung von PTA-Ausgangswerkstoffen für Verschleißschutzanwendungen sehr gut auf Stählen eingesetzt werden können. Sie verbessern deren Beständigkeit gegenüber abrasiver Verschleißbeanspruchung und können daher auch als kostengünstige Alternative für etablierte Cermet-Schichtsysteme in Anwendungen mit verringerten Schutzanforderungen als wesentlich kostengünstigere Werkstoffalternative in Betracht gezogen werden.
Publications
- Qualifizierung von PTA-Werkstoffsystemen für die Herstellung thermisch gespritzter Verschleißschutzschichten. Werkstoffe und Werkstofftechnische Anwendungen, Bd. 37 (2010) ISSN 1439-1597, S. 210-216
Wielage, B.; Rupprecht, C.; Kunze, M.; Lindner, T.
- Thermisches Spritzen eisenbasierter PTA-Legierungspulver. Werkstoffe und Werkstofftechnische Anwendungen, Bd. 43 (2011) ISSN 1439-1597, S. 270-277
Wielage, B.; Kunze, M.; Grund, T.; Wagner, L.; Raab, U.; Wesling, V.; Giese, P.; Petsch, A.
- Mechanische Eigenschaften modifizierter hochzäher Eisenbasislegierungen, Werkstoffe und Werkstofftechnische Anwendungen, Bd. 50 (2013), ISSN 1439-1597, S. 135 - 140
Wielage, B.; Uhlig, T.; Schuberth, S.; Weis, S.
