Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Cr2O3-Hochleistungsschichten durch thermisches Spritzen mit Suspensionen

Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung von Cr2O3-Hochleistungsschichten durch thermisches Spritzen mit hochkonzentrierten wässrigen Suspensionen. APS und HVOF werden als Spritzverfahren verwendet. Neben den verbesserten Schichtmikrostrukturen und -eigenschaften werden für beide Verfahren hohe Suspensionsförderraten und Auftragswirkungsgrade sowie eine hohe Langzeitstabi-lität des Prozesses angestrebt um so die Wirtschaftlichkeit zu gewährleisten. Die Zukunftsfähigkeit der entwickelten Lösung wird durch Emissionsmessungen beim Spritzprozess sichergestellt, auf kritische Ergebnisse kann durch Variationen oder Zusätze von Al2O3 oder TiO2 reagiert werden. Diese Zusätze können entweder über vorher synthetisierte Mischkristalle oder durch die Verwendung binärer Suspensionen verwendet werden. Neben der Einschränkung der Bildung von gefährlichen Spezies beim Spritzprozess kann so der Auftragswirkungsgrad erhöht werden. Die Veränderung der Schichteigenschaften durch diese Maßnahmen ist Gegenstand umfangreicher Untersuchungen. Die Strukturierbarkeit mit Laserstrahlung und die tribologischen Eigenschaften werden für geplante Anwendungen im Druckmaschinenbau und Dichtungssystemen untersucht und Korrelationen zu den mechanischen, elektrischen und Korrosionsschichteigenschaften hergestellt. Die Sicherung der Reproduzierbarkeit der Schichteigenschaften ist ein weiterer Arbeitsschwerpunkt.

Wenn es mit diesem Vorhaben gelingt die Palette der wirtschaftlich verarbeitbaren Werkstoffe auf der Basis von hochkonzentrierten wässrigen Suspensionen um Cr2O3 zu erweitern, wird die Technologie des Spritzens mit Suspensionen insbesondere auch für kmU aus dem Dienstleistungssektor interessant, da diese eine breite Palette an Beschichtungswerkstoffen anbieten müssen. Da der Übergang vom konventionellen Spritzprozess zum Spritzen mit Suspensionen nur mit geringen Investitionskosten verbunden ist, kann das Verfahren zügig in die industrielle Praxis von kmU überführt werden.

Ergebniszusammenfassung:

Der breiten Anwendung von Cr2O3-basierten Schichten in unterschiedlichen Industriezweigen wie der Papierindustrie und dem Maschinenbau stehen besondere Herausforderungen bei der Herstellung dieser Schichten gegenüber. Durch Verwendung von wässrigen Cr2O3-Suspensionen können im Vergleich zum konventionellen Spritzen Schichten mit verbesserten Eigenschaften (dichte Mikrostruktur, geringe Rauheit, höhere Härte, höhere Korrosions- und Verschleißbeständigkeit, geringere Nachbearbeitung und bessere Laserstrukturierbarkeit) erzeugt werden. Die Technologie bietet die Möglichkeit sowohl dicke als auch dünne glatte Schichten (< 20 µm) zu gewinnen und dadurch das Anwendungsspektrum dieser Beschichtungen zu erweitern. Der technische Nutzen liegt in der gesamten technologischen Kette beginnend von Auswahl und Dispergierung der Cr2O3 und Cr2O3-15TiO2 Rohstoffe über systemtechnische Entwicklungen von Hardwarekomponenten für das Suspensionsspritzen, Herstellung von Schichten bis hin zur Nachbearbeitung und zum Laserstrukturieren. Hardwarekomponenten wie Förderereinheit und Injektoren sind für industrielle Anwendungen verfügbar, ebenso ist ein Up-scaling der Suspensionsherstellung vom Labormaßstab bis zur industriellen Produktion mit entsprechender Dispergiertechnik realisierbar. Für die Verarbeitung von Cr-haltigen Rohstoffe spezifische Gesundheits- und Umweltrisiken wurden in der Entwicklung über die gesamte Prozesskette berücksichtigt. Die Ergebnisse ermöglichen primär den Lohnbeschichtern und Anwendern eine Erweiterung des Leistungs- und Anwendungsspektrums, bieten aber auch den Pulver-/Rohstoffherstellern sowie den Anlagenhersteller neue Märkte.