Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung eines energie- und ressourceneffizienten Kombinationsbeschichtungsverfahrens für die Herstellung mehrlagiger Verschleiß- und Korrosionsschutzschichten

Aufgrund ihrer Wirtschaftlichkeit sind das Thermische Spritzen (TS) oder das Plasma-Pulver-Auftragschweißen (PTA) Stand der Technik für den Verschleiß- und Korrosionsschutz großer zylindrischer Bauteile, wie bspw. im Maschinenbau oder der Papierindustrie. Mittels TS können Keramiken und Karbide verarbeitet werden und verschleißbeständige Beschichtungen hergestellt werden, jedoch Mikroporen können zu Unterkorrosion führen. Das Laserauftragschweißen (LA) ermöglicht die Produktion von dichten Korrosionsschutzschichten, mit begrenztem Hartstoffanteil.

In diesem Projekt werden durch die Kombination des LA und des TS die Vorteile beider Verfahren genutzt. Diese Kombination wurde bisher u.a. aufgrund der begrenzten Auftragraten beim LA kaum untersucht. Mit der neu entwickelten Prozessvariante des LA, dem Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen (HoLA) können dünne Beschichtungen mit sehr hohen Auftragraten produziert werden. Das zu entwickelnde Schichtsystem soll aus der ersten durch HoLA applizierten gas- und flüssigkeitsdichten Korrosionsschutzschicht und der darauf durch TS applizierten verschleißbeständigen Decklage bestehen. In diesem Projekt liegt der Forschungsschwerpunkt auf der Verbindung der HoLA- und TS-Beschichtung. Durch Variation der HoLA-Prozessparameter kann die Rauheit der Oberfläche gezielt eingestellt werden. Die TS-Parameter werden so angepasst, dass eine gute Anbindung an die HoLA-Beschichtung erreicht wird. Die HoLA-Oberflächentopographie wird analysiert und mit den Haftmechanismen und den Prozessparametern korreliert. Das Schichtsystem wird hinsichtlich seiner tribologischen und korrosiven Eigenschaften analysiert.

Die Ergebnisse sind für die von KMU geprägten Branchen der Lohnbeschichtung und Anlagenhersteller interessant. Diese profitieren durch die Erweiterung ihres Produktportfolios sowie der Erhöhung der Schichtqualität bei Reduzierung der Fertigungszeit und des Ressourceneinsatzes.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Forschungsvorhaben "KERAMIK" wurde ein mehrlagiger Schichtverbund, bestehend aus einer Korrosionsschutzschicht appliziert mittels Laserauftragsschweißen (LA) und einer Verschleißschutzschicht appliziert mittels Thermischen Spritzens (TS), entwickelt und qualifiziert. Durch die Kombination beider Beschichtungsverfahren können die jeweiligen Vorteile in einem Schichtverbund kombiniert werden. Um eine kurze Prozesskette zu realisieren, wird die TS- Beschichtung direkt auf der LA-Beschichtung appliziert. Anschließend wird die Mikrostruktur, die Haftzugfestigkeit und die Korrosionseigenschaft des Schichtverbundes untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass eine direkte Applikation der TS- auf der LA-Beschichtung mit guter Haftung möglich ist. Weiterhin konnte bei den entwickelten Schichtverbunden keine Unterkorrosion im Interface beobachtet werden. Die im Rahmen des Projektes gewonnenen Ergebnisse ermöglichen eine industrielle Nutzung des mehrlagigen Schichtverbunds. Dieser neuartige Verbund kann in allen Wirtschaftszweigen, in denen Bauteile einem komplexen Beanspruchungskollektiv aus Verschleiß und Korrosion ausgesetzt sein, verwendet werden.