Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Spritztechnische Weiterentwicklung von TiC-verstärkten Fe-Basis-Beschichtungen zum Verschleißschutz unter korrosiver Beanspruchung

Das Korrosionsverhalten thermisch gespritzter Fe/TiC-Beschichtungen hängt von der chemischen Zusammensetzung der Fe-Matrix, der prozessbedingten Änderung in der chemischen Zusammensetzung und der Mikrostruktur der Beschichtung ab. Die letzten zwei Faktoren werden vor allem vom verwendeten Spritzprozess sowie -parametern beeinflusst. Das Projekt hat das Ziel, spritztechnisch sowie werkstofftechnisch Fe/TiC-basierte, verschleißfeste Schichtsysteme mit einem reproduzierbaren und guten Korrosionsverhalten zu entwickeln, um den Lohnbeschichtern, die fast ausschließlich KMU sind, eine wirtschaftliche Alternative zu kommerziell verfügbaren Produkten wie WC-Co oder Hartchrom zu bieten. Des Weiteren werden die neu entwickelten Werkstoffe das Produktportfolio von Pulverherstellern und –lieferanten, von denen ebenfalls viele KMU sind, erweitern.

Die hohen Partikelgeschwindigkeiten und niedrigen Partikeltemperaturen vom HVAF und UHVOF-Spritzen reduzieren die Änderungen in der chemischen Zusammensetzung der Fe-Matrix und werden genutzt, um eine dichte Mikrostruktur herzustellen. Dadurch können die Einsatzgebiete der Fe/TiC-Beschichtungen für Verschleißbeanspruchungen in Kombination mit Korrosionsbelastung erweitert werden. Im Rahmen dieses Vorhabens der Einfluss der Spritzprozesse und -parameter auf die Mikrostruktur der Beschichtung, die Oxidation des Zusatzwerkstoffs, die Verteilung der Legierungselemente sowie die mechanischen Kennwerte untersucht. Zusätzlich zur Prozessentwicklung wird durch die Modifikation der Fe-Matrix das Fe/TiC-Schichtsystem weiterentwickelt. Mithilfe tribologischer und korrosiver Untersuchungen werden die Zusammenhänge zwischen dem Verschleiß- und Korrosionsverhalten der Beschichtung mit den Spritzprozessen, -parametern, Schicht- und Systemeigenschaften identifiziert. Das verbesserte Potential der Fe/TiC-Beschichtung bezüglich des Verschleißschutzes unter korrosiver Beanspruchung wird in einem Hydraulikprüfstand demonstriert.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Projekts wurden TiC-verstärkte Fe-basierte Beschichtungen zum Verschleißschutz unter korrosiver Belastung mittels HVAF-Verfahren sowie UHVOF-Verfahren auf Basis der Ergebnisse aus dem Vorgängerprojekt (IGF 17.701 N) weiterentwickelt und untersucht. Dazu wurden zwei feine Spritzpulver aus 34Gew.-% TiC - 66Gew.-% FeCr27Ni18Mo3 sowie aus 34Gew.-% TiC - 66 Gew.-% FeCr27Ni18Si3,5Mo3 ausgelegt und verwendet. Zur Herstellung dichter und oxidarmer Beschichtungen wurde zunächst eine umfangreiche Prozessentwicklung für die beiden Spritzpulver mittels der beiden Spritzverfahren durchgeführt. Darauf basierend konnten sehr dichte Beschichtungen mit beiden Spritzpulvern insbesondere mittels HVAF-Verfahren appliziert werden, deren Porosität weit unter p=1 % liegt. Im Vergleich zu den Beschichtungen im Vorgängerprojekt (IGF 17.701 N) konnte die Oxidation der Spritzzusatzwerkstoffe insbesondere durch das HVAF-Verfahren signifikant reduziert werden. Im Vergleich zum HVAF-Verfahren konnten erhöhte Porosität und Anzahl von Oxiden bei den UHVOF-Beschichtungen ausgemacht werden. Die HVAF-gespritzten Beschichtungen weisen hohe Mikrohärte bis HV0,3=700 auf. Die UHVOF-Beschichtungen sind gegenüber den HVAF-Beschichtungen weniger hart. In Verschleißtests mit dem Pin-on-Disc Tribometer zeigten die HVAF-Beschichtungen im Vergleich zur HVOF-gespritzten Referenzschicht Cr3C2-NiCr eine vergleichbar hohe und teilweise höhere Verschleißbeständigkeit. Die Ergebnisse der potentiostatischen Korrosionsprüfungen zeigen, dass die HVAF-Beschichtungen deutlich positivere Ruhepotentiale und niedrigere Korrosionsstromdichten besitzen als die HVOF-gespritzten Beschichtungen aus dem Vorgängerprojekt und weisen damit deutlich höhere Korrosionsbeständigkeit auf. Der hohe Verschleißwiderstand und das verbesserte Korrosionsverhalten der HVAF-Beschichtungen lassen ein großes Potential der neuartigen Beschichtungen zum Verschleißschutz auch unter korrosiver Belastung erkennen.