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Ziel2.NRW: OpTriCoat- Entwicklung neuer nanobeschichteter Pulverwerkstoffe und tribologisch optimierter, mikro- und nanostrukturierter Multilayer-Hochleistungsbeschichtungen

Die Entwicklung von Hartchromersatzschichten auf der Basis von mikro- und nano-strukturierten HVOF-Schichtsystemen wurde am Lehrstuhl für Werkstofftechnologie auf der Basis feiner WC-CoCr-Pulver begonnen. Zum Projektbeginn 2009 stand die Charakterisierung der verwendeten WC-CoCr-Pulver sowie die Beschichtungsent-wicklung im Mittelpunkt der Untersuchungen. Nach Identifizierung und Untersuchung der einflussgebenden Prozessparameter konnte der HVOF-Beschichtungsprozess abschließend erfolgreich optimiert und auf die von Thermico bereitgestellten Mikro- und Nano-Pulver eingestellt werden.

Die Schichtcharakterisierung sowie die Erfassung der Korrelation zwischen Be-schichtungsparametern und Schichteigenschaften bilden die Schwerpunkte der Forschungsjahre 2010-2011. Innerhalb von Reibungs- und Verschleißuntersuchungen konnte festgestellt werden, dass das ausgewählte Hartstoffsystem WC-CoCr eine sehr hohe Beständigkeit gegenüber abrasiven Verschleiß besitzt und durch die Kombination mit einer reibungsoptimierten DLC-Schicht zusätzlich vor adhäsiven Verschleißerscheinungen im Tribo-Kontakt geschützt werden kann. In Kooperation mit dem Forschungspartner Institut für Spanende Fertigung (ISF) wur-de weiterhin eine Methode zur Charakterisierung der Schichthaftung auf unter-schiedlich vorbehandelten Substratoberflächen entwickelt und die Schichthaftung mit Oberflächenbeschaffenheit der Bauteiloberflächen korreliert.

Im Projektjahr 2011 wurden die Untersuchungen in Richtung der gradierten Ver-bundschichten aus WC-CoCr- und DLC-Schichten weiter ausgebaut und verbessert. Umfangreiche Untersuchungen zur Bestimmung der tribologischen, mechanischen und dynamischen Schichteigenschaften wurden hierzu durchgeführt. Zur Charakterisierung und Optimierung der dynamischen Schichteigenschaften wurden Ermüdungsversuche (Umlaufbiegeversuche) durchgeführt. Die Untersuchungen zeigten, dass die entwickelte Beschichtung sich im Vergleich zu unbeschichteten Stahlproben positiv auf die Lebensdauer unter dynamischer Beanspruchung auswirkt. Durch das hohe E-Modul und die hohe Festigkeit der Schicht trägt die verhältnismäßig dünne HVOF-Beschichtung einen großen Teil der mechanischen Wechselbelastung und erhöht die Belastbarkeit und Lebensdauer des dynamisch beanspruchten Bauteils.

Veröffentlichungen:

2015

  • Tillmann, W.; Nebel, J.; Schaak, C.; Biermann, D.; Goeke, S.; Matthäus, G.: Improving the Fatigue Resistance of Warm Sprayed WC-CoCr Coatings by Micro-Finishing. Thermal Spray 2015: Proceedings of the International Thermal Spray Conference, 11.-14. Mai 2015, Long Beach, Kalifornien (USA), 479-485.

2013

  • Tillmann, W.; Nebel, J.; Piotrowski, W.: Influence of Fine Powder Feedstock (-10 + 2 μm) on the HVOF Spraying Characteristics, Coating Morphology, and Properties of WC-CoCr 86-10-4. Journal of Thermal Spray Technology 22 (2013) 242-249.

2012

  • Tillmann, W.; Nebel, J.; Piotrowski, W.: Influence of fine powder feedstock (-10 +2 µm) on the HVOF spraying behavior, coating morphology, and properties of WC-CoCr 86-10-4. Journal of Thermal Spray Technology 22 (2012) 2-3.
  • Tillmann, W.; Nebel, J.; Schaak, C.: Umlaufbiegeprüfung von HVOF gespritzten WC-CoCr 86-10-4 Schichten. In: Wielage, B. (Hg.): Tagungsband zum 15. Werkstofftechnischen Kolloquium. 20.-21. September 2012, Chemnitz.
  • Tillmann, W.; Nebel, J.; Piotrowski, W.: Vergleich feiner (-10 +2 µm) und konventioneller (-45 +20 µm) WC-CoCr 86 10-4 Ausgangspulver: Einfluss der HVOF-Spritzparameter auf die Partikel-, und Schichteigenschaften. Thermal Spray Bulletin 64 (2012) 148-156.
  • Biermann, D.; Goeke, S.; Brüggemann, T.; Nebel, J.: Innovative Oberflächen - Korrosions- und verschleißbeständige Hoch-leistungsbeschichtungen. VDI Ingenieurforum, 1 (2012) 15-16.

2011

  • Tillmann, W.; Nebel, J.; Hoffmann, F.: Endkonturnahe Abscheidung von WC-CoCr als funktional gradierte Zwischenschicht für ein reibungsoptimiertes DLC-System. In: Wielage, B. (Hg.): Tagungsband zum 14. Werkstofftechnischen Kolloquium. 01.-02. September 2011, Chemnitz, 52-62.

2010

  • Tillmann, W.; Nebel, J.; Schaak, C.; Biermann, D.; Peuker, A.; Brüggemann, T.: Haftung HVOF gespritzter WC-CoCr Schichten auf gefrästen, gestrahlten und geschliffenen Oberflächen. In: Wielage, B. (Hg.): Tagungsband zum 13. Werkstofftechnischen Kolloquium. 30. September - 01. Oktober 2010, Chemnitz, 25-36.