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Beschichtungswerkstoffe aus Hochentropielegierungen für tribologisch hochbeanspruchte Oberflächen

Fachliche Zuordnung Beschichtungs- und Oberflächentechnik
Förderung Förderung von 2018 bis 2022
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 415816419
 
Erstellungsjahr 2022

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Hochentropielegierungen stellen einen neuen Entwicklungsansatz metallischer Werkstoffe ohne ein eigenschaftsbestimmendes Hauptelement dar. Basierend auf diesem Ansatz konnte eine vielversprechende Eigenschaftskombination nachgewiesen werden. Eine hohe technisch-wirtschaftliche Relevanz besitzen derartige Legierungen unter anderem für tribologisch beanspruchte Komponenten unter erhöhten Einsatztemperaturen. Übergeordnetes Ziel des Vorhabens war die Erforschung von Hochentropielegierungen als pulverförmiger Zusatzwerkstoff für thermische Spritzprozesse. Einen nachhaltigen und begrenzten Materialeinsatz bietet die Verwendung der preisintensiven Werkstoffe in einer Schichtverbundausführung, was zu einer wirtschaftliche Verwendung und stofflichem Leichtbau führt. So können kostengünstige Grundwerkstoffe so beschichtet werden, dass sie komplexe Oberflächenschutzanforderungen erfüllen. In dieser Kombination ist die Oberflächenfunktionalität von größter Relevanz. Die Ertüchtigung für Beschichtungstechnologien bedingt das Vorhandensein genau spezifizierbarer und direkt zuordenbarer Wechselwirkungseffekte im Kontext werkstoff- und prozesstechnischer Rahmenbedingungen. Im Projekt wurden verschiedene Phasenkonstitutionen erforscht. Ausgehend vom kubischflächenzentrierten (kfz) Grundsystem CoCrFeNi konnte unter Zugabe von Aluminium und Titan die entsprechende Feinstrukturtransformation hin zu einem kubisch-raumzentrierten (krz) und einem mehrphasigen Zustand (kfz + krz) initiiert werden. Die drei gewählten Vertreter aus der Gruppe von Hochentropielegierungen bilden einen repräsentativen Querschnitt der potentiellen Phasenkonstitution unter reiner Mischkristallausbildung. Durch diese Fokussierung konnten neben Kristallsystemabhängigkeiten auch Legierungseinflüsse untersucht werden. Für eine wissensbasierte Auslegung der Pulverfraktion des Zusatzwerkstoffs und der Verarbeitungsparameter beim thermischen Spritzprozess fehlte die Kenntnis über das thermische Verhalten sowie die Reaktionskinetik pulverförmiger Hochentropielegierungen. Die Ermittlung rückführbarer Einflussgrößen mit allgemeingültigen Bezugsgrößen konnte im Kontext verschiedener Fertigungstechnologien, vom Gießen bis zur pulvermetallurgischen Herstellung und Verarbeitung, ermittelt werden. Der Verschleißwiderstand wurde für unterschiedliche Temperaturbereiche abhängig vom Legierungssystem betrachtet. Ergänzend wurde die Möglichkeit einer Festschmierstoffmodifikation hinsichtlich des tribologischen Eigenschaftsprofils erforscht. Darüber hinaus wurde der Einfluss der Verarbeitungstechnologie auf das Korrosionsverhalten ermittelt. Über die ursprünglich geplante Systembetrachtung hinaus wurden durch Zugabe refraktärer Legierungselemente wie Niob und Molybdän eutektische Legierungen schmelz- und pulvermetallurgisch erzeugt und hinsichtlich der Struktur-Eigenschaftsbeziehungen erforscht. Weiterhin wurde die thermochemische Randschichthärtung über interstitielle Einlagerung bzw. Ausscheidungen hinsichtlich deren Einfluss auf die Oberflächenfunktionalität betrachtet. Die im Rahmen des Projektes entstandene und abgeschlossene Dissertation sowie die Vielzahl an Publikationen bildet grundlegende Zusammenhänge und Wirkmechanismen ab und erlaubt eine zielgerichtete Auslegung zukünftiger Entwicklungsstrategien im Bereich der Oberflächenfunktionalisierung durch Hochentropielegierungen.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

 
 

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