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

• Antragstellerin: Professorin Dr.-Ing. Kirsten Bobzin
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik ; Beschichtungs- und Oberflächentechnik
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 419126987

Amorphe Werkstoffe zeichnen sich im Vergleich zur kristallinen Form durch einzigartige Eigenschaften aus. Die Herstellung dieser Werkstoffe ist nur möglich, wenn eine hohe Unterkühlbarkeit der Schmelze und eine rasche Abkühlung aus dem schmelzflüssigen Zustand möglich sind. Die hierfür benötigten schnellen Abkühlgeschwindigkeiten können bei der Beschichtungstechnologie "Thermisches Spritzen" erreicht werden, weswegen die Herstellung von amorphen Beschichtungen prinzipiell möglich ist. Die Applikationsmöglichkeit für Außengeometrie wird intensiv erforscht z. B mittels pulverbasierte APS- und HVOF-Prozesse oder drahtbasierter LDS-Verfahren. Der Spritzabstand ist dabei einer der wesentlichen Einflussfaktoren, die den Anteil amorpher Phasen beeinflussen. Für LDS gespritzte amorphe Fe-Basis Beschichtungen sind Spritzabstände zwischen s = 100 mm und 200 mm üblich. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wird ermittelt, ob amorphe Fe-basis Beschichtungen auf kleinen Innengeometrien mittels PTWA hergestellt werden können. Hierzu sind kurze Spritzabstände von s < 40 mm einzuhalten. Wegen des kurzen Spritzabstands und dem Einsatz eines Fülldrahtes muss die Legierung in sehr kurzer Zeit gebildet werden. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wird dies genauer untersucht und ermittelt, inwieweit weitere Prozessparameter die Bildung von amorphen Phasen beeinflussen. Neben metallographischen Untersuchungen wird unter anderem die Kristallisationsenergie berechnet und mit den Prozessparametern, Partikelzustandsgrößen sowie den metallographischen Ergebnissen korreliert. Geeignet Proben werden im Vakuumofen bei Kristallisationstemperatur ausgelagert. Auf Grund der Heterogenität in der Beschichtung, insbesondere in Bezug auf die chemische Zusammensetzung werden zunächst nur bestimmte Bereiche kristallisieren. Im nachfolgenden werden diese identifiziert und ermittelt, welche Bereiche bei niedrigerer und welche bei höherer Temperatur kristallisieren. Darüber hinaus werden ausgewählte Proben in einem tribologischen Modellprüfstand und unterschiedlichen Prüfparametern im Hinblick auf das Verschleißverhalten untersucht. Dabei wird ermittelt, ob und bei welchen Prüfbedingungen Kristallisationsprozesse auftreten. Zusätzlich werden ausgelagerte Proben tribologisch untersucht. Durch den Abgleich der Verschleißbilder im kristallisieren Zustand, können Aussagen über mögliche Kristallisationsprozesse der nicht ausgelagerten Probe gemacht werden. Die Verschleißspuren werden darüber hinaus mittels XRD und TEM untersucht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Mehmet Öte