Schlüsselwörter
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Beschichtung, Spritzverfahren, Hartchrom
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Kurzbeschreibung
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Thermisch gespritzte Schichten als Hartchromersatz
Ziel dieses Projektes ist die Evaluierung und Entwicklung von Hartchromersatzschichten durch thermisches Spritzen. Ergänzend werden praktische Beschichtungsversuche auf deren Einsatzeignung unter verschiedensten Verschleissbedingungen getestet.
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Projektziele
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Durch das gesteigerte Interesse an Hartchromersatzschichten und die Anstrengun-gen im Ausland, soll in diesem Projektrahmen das schweizerische Know-how im erfolgversprechen-den, thermischen Beschichtungsbereich gesichert werden. Ansätzehaben gezeigt, dass es durchaus potente Spritzverfahren und Werkstoffe gibt, die mit dem Hartchrom nicht nur kon- kurrenzieren, sondern sogar noch wesentlich bessere Einsatzeigenschaften aufweisen kön- nen. Damit lassen sich Herstellungs- kosten senken, (Maschinen-) Standzeiten verlängern und selektive Schichtreparaturen ausführen.
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Beschreibung der Resultate
(Deutsch)
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Forschungsberichte:
Titel: Literaturreview über den Stand der Kenntnisse im Themenbereich: Ther- misch gespritzte Schichten als mögliche Hartchromalternative
Autor: Siegmann St., Dvorak
Ausgabedatum: Dezember 1998
Titel: Thermisch gespritzte Schichten als mögliche Hartchromalternative
Autor: Siegmann St., Dvorak M.
Ausgabedatum: (noch unveröffentlicht)
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Technology Assessment
(Deutsch)
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Werkstoffe und ihre Bearbeitung werden für die künftige Entwicklung weltweit bedeutender Branchen in allen technologisch führenden Staaten als besonders zukunftsträchtiger Bereich angesehen. Viele anstehende Innovationsschübe, z.B. ressourcensparende und umweltscho- nende Stromerzeugung oder hochintegrierte, miniaturisierte Kommunikationssysteme, werden nur auf der Basis neuer Werkstoffe zu verwirklichen sein. Es werden jedoch nicht nur neue Werkstoffe gefragt, sondern es gilt ganze Systeme anbieten zu können. Das heisst auch Forschungsinstitute müssen sich mit Wissen oder Partner im Bereich Produktion, Verarei- tung, Prüfung, Veredelung vertraut machen und allenfalls zusammenschliessen. In Deutsch land ist zusätzlich ein sehr starker Trend im Bereich Magnesium feststellbar. Speziell die Automobilindustrie macht da starken Druck. Im Zusammenhang mit dem Systemansatz wer- den vermehrt auch Ueberwachungssystemeund eine durchgehende Qualitätsicherung gefor- dert.
Die in der heutigen Zeit stetig steigenden ökologischen und ökonomischen Sachzwänge erfordern ein ständiges Überdenken bestehender Fertigungstechniken. Das Hartverchromen kommt infolge der gesteigerten Umweltschutzauflagen und/oder gesteigerter Anforderungs- profilen vermehrt unter Druck.
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Stand der Arbeiten
(Deutsch)
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(max. 20 Zeilen pro Jahr)
1998:
Im ersten, der insgesamt geplanten 3 Projektjahre, stand die Erarbeitung einermöglichst um- fassenden Wissensbasis zu dieser Thematik im Vordergrund. Im zweitenProjektjahr wurde die- ser Stand der Technik durch die Beschaffung aktuellster Literatur stark erweitert und in der Form eines übersichtlichen Berichts gesichtet und bewertet. Dieser Bericht bietet die Mög- lichkeit, bezogen auf die Einsatzbeanspruchung einen geeigneten Vergleichswerkstoff zu fin- den. Dabei hatte sich gezeigt, dass thermisch gespritzte Schichten sich als Hartchrom- alternativenlohnen können. Wie aus der gesichteten Fachliteratur ersichtlich ist, bieten vorallen thermisch gespritzte Schichten überall dort einen Vorteil, wo kein Erosionsverschleiss unter 90o oder adhäsiver Verschleiss dominiert.
Zur eigenen Charakterisierung der Schichten standen verschiedene Verschleiss-prüfverfahren zur Verfügung (wie z.B. Pin-on-Disk (DIN 50324 / ASTM G 99), Rubber-Wheel-Test (ASTM G 65), Miller-Test (ASTM G 75) und neuerdings Kavita-tionserosion (ASTM G 32).
1999:
Im ersten der 3 Projektjahre wurde eine möglichst umfassende Wissensbasis zu dieser Thematik erschaffen. Im zweiten Projektjahr wurde dieser "Stand der Technik" in der Form eines verschiedene Aspekte beurteilenden Berichts gesichtet und zusammengefasst. Dieser Bericht bietet nun die Möglichkeit, bezogen auf die Einsatzbeanspruchung, einen geeigneten Vergleichswerkstoff für militärisch sowie für zivil relevante Applikationen zu finden.
Dabei hatte sich eindeutig gezeigt, dass thermisch gespritzte Schichten sich als Hartchrom- alternativen durchaus lohnen können. Wie aus den eigenen Tests hervorging zeigen heutige, thermisch gespritzte HVOF-Hartmetallschichten entgegen der damals verfügbaren Literatur auch bei Erosions-verschleiss unter 900 oder adhäsivem Verschleiss Vorteile gegenüber einer Hartchromschicht (siehe Abbildung 1). Dabei wurde an der EMPA Thun während der Be- richtsperiode ein Erosionsverschleissprüfstand in Anlehnung an die ASTM G 73-93 nach dem Prinzip der Aufprallerosion gebaut und verschiedene Spritzschichten vergleichend gemessen.
Zur weiteren Charakterisierung der Schichten gelangten zusätzliche Verschleissprüfverfahren wie beispielsweise ASTM G 65, ASTM G 75 und neuerdings auch Kavitationserosion (ASTM G 32) zur Anwendung. Die Verschleisserscheinungsformen wurden zusätzlich metallographisch untersucht, um ein besseres Verständnis der verschiedenen Versagensmechanismen, wie beispielsweise Ausbruch der Karbide oder Auswaschen der Matrix, zu erhalten.
Ferner wurde ein Flammspritzstand mit verschiedenen Spritzsystemen aufgebaut, welcher er- laubt, Beschichtungen mit niedrigschmelzenden Werkstoffen (z.B. Kunststoffe, Bronze) bis hin zu Keramiken (z.B. Al2O3-TiO2) an grösseren Bauteilen auszuführen.
2000:
Nachdem in Verlaufe des Jahres 2000 im Geb. 859 die Renovierungsarbeiten abgeschlossen und die neuen Infrastruktureinrichtungen für hochenergetische Spritzanlagen aufgebaut und in Betrieb genommen werden konnten (Schallschutzkabine mit Ablüftung und diverse Gassta- tionen), erfolgten in Zusammenarbeit mit der Firma DACS bereits erste Beschichtungen. Die dazu verwendete Spritzeinrichtung ist eine Hochgeschwindigkeitsanlage, welche erlaubt, bis zu heute höchsten Brennkammerdrücken vorzustossen. Diese Vorteile spiegelten sich in den äusserst dichten und in der Verschleissprüfung hervorragenden Beschichtungen wieder. Es konnten beispielsweise WC-CoCr- und NiCrBSi-Cr3C2-Ni-Schichten hergestellt werden, wel- che die als "Standard" verwendeten Hartchromschichten in ihrer Verschleissfestigkeit um Faktor 5 bis 10 übertrafen. Erste Ansätze zeigten die Möglichkeit der Kombinationen aus konventionellen und nanoskaligen Karbiden.
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Weiteres Vorgehen
(Deutsch)
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Jahresprogramm 2001
- Nachweis der Gebrauchstauglichkeit von evaluierten Werkstoffsystemen in einer nun "neuen Qualität" bei Prototypenbauteilen
- Brenneroptimierung unter den angestrebten Drücken und begleitend Parameterstudien und Beschichtungsdurchführungen
- Verwendung von neuesten Nano-Pulvern neben den "konventionellen" Ausgangswerk- stoffen
- Begleiten und dokumentieren der Fortschritte mittels metallographischer, tribologischer, sowie elektrochemischer Untersuchungen
Zahlungskredit 2001: Fr. 0.-
Wiss.Leitung : L Rohr, St Siegmann
Forschungsstelle : EMPA Thun
Forschungsleiter : L Rohr
Adm.Leitung : ST 951
Kreditstelle : KS 223
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