Geometrisch bestimmte Oberflächenstrukturierung zur formschlüssigen Anbindung thermisch gespritzter Schichten
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Ziel dieses Forschungsprojekts bestand in einer prozesssicheren Auslegung der Verfahrenskombination Rändelfräsen und Festwalzen als Alternative zur konventionellen Substratvorbereitung durch Korundstrahlen. Mithilfe systematischer Untersuchungen sollte die Erzeugung reproduzierbarer Oberflächentopologien im Substrat gewährleistet werden, die Hinterschneidungen in Relation zur Rändelteilung und verwendeten Festwalzkraft aufweisen und dadurch eine formschlüssige Anbindung thermisch gespritzter NiCr8020-Schichten ermöglichen. Das große Potenzial dieser innovativen Substratvorbehandlung ließ sich bereits in Voruntersuchungen grundsätzlich aufzeigen. Allerdings zeigten sich hier auch die großen Herausforderungen, die es bei der Bearbeitung dieses Projekts zu berücksichtigen galt. So wurden beispielsweise die Teilung der Ausgangsrändelung sowie die Festwalzkraft mit einhergehender Festwalzstrategie als wesentliche Faktoren ausgemacht, deren komplexe Wechselwirkungen die Haftzugfestigkeit des Schichtverbunds maßgeblich beeinträchtigen. Dabei ist insbesondere ebenfalls die erforderliche Symmetrie der generierten Hinterschneidungen sowie die notwendige Anpassung der Spritzparameter, auch zur gänzlichen Ausfüllung der Kavitäten, hervorzuheben. Ferner ergeben sich durch das Umwalzen der Rändelung angrenzend an die Hinterschneidungen entsprechende Plateaus, die verfahrensbedingt eine deutlich geglättete Oberfläche aufweisen, was eine adäquate mechanische Verklammerung beim Beschichten auftreffender Spritzpartikel im Substrat behindert. Ein zusätzliches Aufrauen der geglätteten Plateaus vor dem Spritzprozess ist daher unerlässlich. Nur dadurch lässt sich eine homogenere Schichtanbindung realisieren, was auch hinsichtlich des Verschleißverhaltens im Einsatzfall von elementarer Bedeutung ist. Im Fokus der Projektbearbeitung stand somit zunächst die Erzeugung einer gesteigerten Anzahl an Hinterschneidungen im Substrat, die eine adäquate Symmetrie aufweisen. Dazu wurde die Teilung der Ausgangsrändelung durch den Einsatz sonderangefertigter Rändelräder um den Faktor drei in Bezug auf die in den Voruntersuchungen genutzten Werkzeuge reduziert, wodurch sich gleichermaßen die Anzahl der nachfolgend erzeugten Hinterschneidungen verdreifachen ließ. Dabei ist es mit einer Aufteilung der Gesamtzustellung des Festwalzwerkzeugs in vier angepasste Zustellinkremente bei gleichzeitiger Umkehr der Walzrichtung gelungen, weitestgehend symmetrische Hinterschneidungen im Substrat zu generieren. Ein nachfolgendes Bürsten der geglätteten Plateaus in Verbindung mit Spritzparametern, systematisch auf die Kavitäten vergleichsweise geringer Größe abgestimmt, ermöglichte ein Schichtsystem vergleichsweise homogener Substratanbindung. Neben einer zusätzlichen Glättung ließen sich durch ein abschließendes hydrostatisches Festwalzen der Beschichtung Haftzugfestigkeiten erzielen, die diese konventionell gestrahlte Referenzprobe überschreiten.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Festwalzen gerändelter Oberflächen zur formschlüssigen Substratanbindung von HVOF-Beschichtungen. Unter Span - Das Magazin des Machining Innovations Network e. V, (2018), S. 19
Vogel, F.; Biermann, D.; Rodriguez, M.; Nicolaus, M. & Möhwald, K.
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Geometrisch bestimmte Oberflächen-strukturen zur formschlüssigen Substratanbindung thermisch gespritzter Schichten. Tagungsband 3. Niedersächsisches Symposium Materialtechnik, (2019), S. 483-494
Rodriguez, M.; Nicolaus, M.; Möhwald, K.; Vogel, F. & Biermann, D.
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Innovative Kombination von Verfahren zur Anbindung thermisch gespritzter Schichten. phi - Produktionstechnik Hannover informiert (online), 23 (2019).
Rodriguez Diaz, M.; Möhwald, K.; Vogel, F. & Biermann, D.
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Neue Verfahren der Oberflächenvorbehandlung zur Steigerung der Haftfestigkeit von thermisch gespritzten Schichten. Tagungsband 14. Aachener Oberflächentechnik Kolloquium, (2019), S. 69-79
Nicolaus, M.; Rodriguez Diaz, M.; Möhwald, K.; Maier, H. J.; Vogel, F. & Biermann, D.
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Innovative Verfahrenskombination zur Steigerung der Haftzugfestigkeit thermischer Spritzschichten. Unter Span - Das Magazin des Manufacturing Innovations Network e. V, (2020), S. 15
Vogel, F.; Biermann, D.; Rodriguez, M.; Nicolaus, M. & Möhwald, K.
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Erhöhte Haftfestigkeit thermischer Spritzschichten/Increased adhesion of thermal sprayed coatings – Innovative process combination enables substitution of conventional blasting processes. wt Werkstattstechnik online, 112(01-02), 28-33.
Vogel, Florian; Biermann, Dirk; Rodriguez, Diaz Manuel & Möhwald, Kai
