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Thursday, September 29, 2011, Saal D 9:25 AM Korrosions- und Verschleißschutz |
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Alternative hartstoffhaltige Beschichtungen durch InduClad |
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Arne Röttger* / Lehrstuhl Werkstofftechnik
Institut für Werkstoffe
Ruhr-Universität Bochum, D Sebastian Weber / Lehrstuhl Werkstofftechnik - RUB / Helmholz-Zentrum Berlin, D Werner Theisen/ Lehrstuhl Werkstofftechnik - RUB , D Ralf Winkelmann/ Hochschule Lausitz, D |
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Bei dem Verschleiß durch grobe Abrasive, der bei dem Transport und der Verarbeitung von Mineralen und Gesteinen auftritt, konnten sich pulvermetallurgische Legierungen etablieren, die vor dem Verdichtungsprozess mit keramischen Hartstoffen verstärkt werden. Als metallische Matrix wird häufig auf Ni-, Co- und Fe-Basis Hartlegierungen zurückgegriffen die sowohl Träger und Stütze der Hartphasen als auch Bindephase der Hartstoffe darstellen. Auf dieser Weise lassen sich Gefügebau-steine nahezu beliebig kombinieren, anordnen und dem geforderten Eigenschaften im Betrieb (Verschleiß, Festigkeit, Warmhärte, chemische Beständigkeit) anpassen. Dieses Werkstoffkonzept, basierend auf metallischem Pulver und zugemischtem HS, wird als Hartverbundwerkstoff oder Metall-Matrix-Composite (MMC) bezeichnet. Neben den physikalischen, mechanischen und chemischen Anforderungen an die einzelnen Gefüge-bausteinen müssen diese aufeinander abgestimmt werden. Damit einerseits Zug- und Druckkräfte im Hartverbundwerkstoff übertragen werden können und andererseits die Hartstoffe im Betrieb nicht aus der metallischen Matrix herausbrechen, besteht die Forderung nach einer stoffschlüssigen Hartstoff-einbindung. In konventionellen Hartverbundwerkstoffen wird häufig auf kostenintensive, metallische Hartstoffe wie Wolframschmelzkarbid (WSC) und Cr3C2 zurückgegriffen, die wegen ihrer Bindungs-charakter eine stoffschlüssig Einbindung in die metallische Matrix erlauben. Im Vergleich dazu besitzen kovalent und ionisch Hartstoffe interessante mechanische und physikalische Eigenschaften, die jedoch wegen ihrer Einbindungsproblematik (Hartstoffauflösung, nur kraftschlüssige Einbindung) in metallische Matrices keine Anwendung für die verschleißbeständige MMC auf Fe-Basis finden. In diesem Zusammenhang sind speziell die Hartstoffe SiC und Al2O3-ZrO2 zu nennen. Beide Hartstoffe liegen im Vergleich zu den konventionell verwendeten metallischen Hartstoffen WSC, NbC, TiC und Cr3C2 auf einem niedrigen Kostenniveau und besitzen gleichzeitig attraktive tribologische, chemische und mechanische Eigenschaften. An den Forschungseinrichtung der Hochschule Lausitz und der Ruhr-Universität Bochum wurden Alternativen erarbeitet diese ionischen und kovalenten Hartstoffe (SiC und Al2O3-ZrO2) in Hart-legierungen auf Fe-Basis stoffschlüssig einzubinden. Bei einlagiger Auftragung können auch auf dünnen Grundwerkstoffen Schichtdicken von 12 mm hergestellt werden. Es sind Auftragsmengen von ca. 9 kg/h realisiert. Die während des Verarbeitungsprozesses ablaufenden Grenzflächenreaktionen zwischen Hartstoff und Metallmatrix werden vorgestellt. Neben metallographischen Untersuchungen wird der Einfluss der stoffschlüssigen Hartstoff-Einbindung in die metallische Matrix anhand von Verschleißversuchen belegt. Diese werden durch Praxisbeispiele bestätigt. |