Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung von Hochtemperatursieglern für thermisch gespritzte Schichten

Das Versiegeln gehört zu den Standardverfahren der Nachbearbeitung thermisch gespritzter Schichten mit dem Ziel die Porosität der Schichten zu verschließen und ein Eindringen von zumeist korrosiven Medien in die Schicht bis hin zur Substratoberfläche zu verhindern. Sowohl die Auswahl der Siegler als auch die Technik des Versiegelns erfolgten in der Vergangenheit fast ausschließlich auf empirischer Basis. Der überwiegende Anteil der aktuell verwendeten Versiegelungswerkstoffe ist lediglich bei Raumtemperatur bzw. niedrigen Temperaturen geeignet und ist darüber hinaus in vielen Fällen mit der Verwendung gesundheits- und umweltgefährdender Stoffe verbunden. Das Versiegeln von Schichten für Hochtemperaturanwendungen wird noch dadurch komplexer, dass sich die Schichten selbst verändern und die Wechselwirkungen zwischen Schichtwerkstoff und Siegler intensiver werden.

Ziel des Projektes ist die Entwicklung von neuen, umweltverträglichen anorganischen Sieglern für thermisch gespritzte Schichten für Anwendungen im Temperaturbereich von 500-800°C, welche auf im Projekt gewonnenem Basiswissen zur Versieglung aufbaut. Es werden Sol-Gel-Techniken auf der Basis von Aluminaten, Silikaten und Aluminosilikaten (Geopolymere) in wässriger Lösung, sowie kristallisierende Gläser als technische Lösung vorgeschlagen und evaluiert. Dabei erfolgt eine Konzentration auf oxidkeramische Schichten, die Veränderung der Schichten bei hohen Temperaturen wird berücksichtigt. Auf Grund der erheblichen Nachteile organischer Siegler sollen die entwickelten Lösungen auch für den Raumtemperaturbereich anwendbar sein. Mit diesem Vorgehen wird die bis jetzt dominierende empirische Entwicklung und Anwendung von Sieglern für thermisch gespritzte Schichten überwunden. Die neuen Siegler führen zu einer nachhaltigen Verbesserung bestehender Produkte und Verfahren von kmU aus dem Bereich der Lohnbeschichtung und in Folge zu neuen Anwendungen thermisch gespritzter Beschichtungslösungen.

Ergebniszusammenfassung:

Im Ergebnis der Bearbeitung des Projektes wurde eine Entwicklungsstrategie für die Hochtemperatur-Versieglung erarbeitet, wobei die Schicht und der Siegler als Gesamtsystem unter Berücksichtigung der wärmeinduzierten Veränderungen betrachtet wurde.

Für die Hochtemperatur-Versieglung sind Sol-Gel- (Aluminiumorthophoshat und silikatische) und Glassiegler geeignet, die aber prinzipielle Unterschiede in ihrer Wirkungsweise aufweisen. Das Versieglungsverhalten wurde für eine Vielzahl für den Hochtemperatur-Einsatz geeigneter oxidischer (Al2O3, Al2O3-13TiO2, Cr2O3, MgAl2O4, YSZ) und Cr3C2-NiCr-Schichten getestet. Für jede dieser Schichten wurde das Versieglungsverhalten analysiert. Die Benetzung ist für das Eindringverhalten eine Schlüsseleigenschaft. Bei Sol-Gel-Sieglern wird die Benetzung maßgeblich von der Wechselwirkung zwischen Schichtwerkstoff und Lösungsmittel bestimmt. Die Wärmebehandlung führte unabhängig von der Versiegelung bei manchen Schichten zu Abplatzungen, was durch den Einfluss des Sieglers verstärkt wurde. Unterschiedliche Charakterisierungsmethoden zeigten zum Teil auch widersprüchliche Ergebnisse zum Versieglungserfolg, so z.B. der elektrochemische Korrosionstest und der Corrodkote Test, welcher praxisorientierte Ergebnisse liefert. Bei stabilen Al2O3-Schichten hingegen zeigten die Messergebnisse, dass die anorganischen Siegler zu einer Verbesserung der Isolationseigenschaften führen.