Grundlegende Erforschung der Applikationsmöglichkeiten amorpher Beschichtungen auf Innengeometrien und Bewertung der Phasenstabilität unter tribologischer Belastungen

• Antragstellerin: Professorin Dr.-Ing. Kirsten Bobzin
• Fachliche Zuordnung: Beschichtungs- und Oberflächentechnik ; Fügetechnik und Trenntechnik
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 419126987

Für den potenziellen Einsatz als verschleißbeständige metallische Wärmedämmschicht (WDS) sind verschiedene metallische Glaslegierungen Gegenstand der Forschung. Im Rahmen der eigenen Vorarbeiten wurde ein besonders ressourcenschonendes, niedriglegiertes Metallisches Glas (MG) auf Eisenbasis entwickelt. Zur Legierungsentwicklung wurden zwei Ansätze parallel verfolgt. Zum einen konnten durch flache neuronale Netze datengetriebene Vorhersagen über Bereiche hoher Glasbildungsfähigkeit (engl. Glass Forming Ability, GFA) gemacht werden. Zum anderen wurden Proben metallischer Bänder durch Schmelzspinnen (engl. Melt Spinning, MS) hergestellt und im Hinblick auf die GFA untersucht. Der geringe Gehalt an Legierungselementen von x_alloy ≈ 15 gew.-% ermöglichte eine Herstellung als Fülldraht für das Thermische Spritzen. Die beschafften Fülldrähte wurden durch verschiedene Thermische Spritzprozesse (TS) verarbeitet und die resultierenden Schichtstrukturen charakterisiert. Für lichtbogendrahtgespritzte Beschichtungen konnten hohe Härten im Bereich von HV0,1 = 900 und hohe Anteile amorpher Phasen nachgewiesen werden. In tribologischen Untersuchungen wurde außerdem der hohe Verschleißwiderstand der Spritzschichten gezeigt. Für den späteren Einsatz als verschleißbeständige Wärmedämmschicht sind jedoch noch weitere Untersuchungen der Schichteigenschaften notwendig. Zunächst ist die Wärmeleitfähigkeit der durch TS hergestellten Beschichtung zu bestimmen und mit der der metallischen Bänder zu vergleichen. Für eine Anwendung mit wechselnder mechanischer Beanspruchung ist die Bruchzähigkeit KIC von Interesse. Im Gegensatz zu keramischen WDS, weisen metallische WDS üblicherweise eine höhere Bruchzähigkeit auf. Vorbereitend für die Verwendung als WDS ist auch die thermische Einsatzgrenze zu bestimmen. Diesbezüglich ist die Kristallisation der Beschichtung als obere Einsatztemperatur entscheidend. Durch Hochtemperatur-XRD-Versuche können die verschiedenen Kristallisationsphasen durchlaufen und in situ gemessen werden. Das Vorhaben schafft die Grundlagen für den Transfer der Forschungsergebnisse in entsprechende Anwendungen. Eine spätere Anwendung könnte im Bereich der Reduktion von Treibhausgasemissionen von Schiffsdieselmotoren liegen. Die neuentwickelte Beschichtung würde dann zukünftig als thermisch gespritzte WDS auf Zylinderlaufbahnen die Kraftstoffeffizienz von Schiffsdieselmotoren erhöhen und für eine ausreichende Robustheit des Verbrennungsmotors gegenüber alternativen, nachhaltigeren Kraftstoffen sorgen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen