Plasmaelektrolytisch oxidierte Aluminiumspritzschichten für Hochtemperaturverschleißbeanspruchung durch partikelbeladene Heißgasströmungen
Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen des Projektes wurde erfolgreich ein thermisch gespritztes Mehrlagenschichtsystem entwickelt, welches nach erfolgter Keramisierung durch plasmaelektrolytische Oxidation einfache Baustahlsubstrate für Hochtemperaturstrahlverschleißbeanspruchen qualifiziert. Der Schichtaufbau bestehend aus einem kaltgasgespritzten und anschließend versiegelten Titan-Interface sowie einer darüberliegenden AlCu4Mg1-Lichtbogenspritzschicht zeichnet sich durch eine gute Substratanbindung aus. Durch Verwendung von Pulvermischungen aus unlegierten Kupfer- und Aluminiumpartikeln konnte zudem gezeigt werden, dass es möglich ist, kaltgasgespritzte Aluminiumschichten mit metallischen Kupferinklusionen zu erzeugen. Letztere verbleiben nach erfolgter plasmaelektrolytischer Umwandlung feinverteilt und in metallischer Form innerhalb der PEO-Schicht und können daher als rissenergiedissipierende Duktilphasen dienen. Im Zuge der Untersuchungen wurde deutlich, dass technisch reines Aluminium widererwartend nur sehr bedingt für die plasmaelektrolytische Oxidation geeignet ist. Trotz eines augenscheinlich stabilen und gleichmäßigen Prozessverhaltens konnten unter Standardbedingungen keine technisch relevanten Schichten erzeugt werden. Vergleichende Experimente an Al-Werkstoffen der zwei-, sechs- und siebentausender Reihe legen nahe, dass die Umwandlung von amorphen Aluminiumoxid zu kristallinen Phasen welche gegenüber der chemischen Rücklösung durch den verwendeten Elektrolyten beständig sind, erst durch die Anwesenheit bestimmter Legierungselemente ermöglicht wird. Durch eine systematische Elektrolytanpassung ist es jedoch gelungen, dessen Passivierungs- und Rücklösevermögen zu einzustellen, dass schützende PEO-Überzuge auf Reinaluminiumsubstraten erzeugt werden können.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Systematische Elektrolyt- und Prozessentwicklung für die plasmaelektrolytische Oxidation von Ventilmetallen, ZVO Oberflächentage, Berlin (2017)
Simchen, F; Heinke, R.; Sieber, M.; Scharf, I.; Löbel, M.; Paczkowski, G.; Lampke, T.
- Die plasmaelektrolytische anodische Oxidation von Aluminium – erweiterte Einsatzmöglichkeiten durch kombinierte Oberflächentechnik, WAW- Jahresmagazin Werkstofftechnik 2018, ISSN 1618-8357
Meyer, D.; Lampke, T.
- Keramische Schichten durch kombinierte Oberflächentechnik – plasmaelektrolytische Oxidation von thermisch gespritztem Aluminium und Titan, HVOF- Kolloquium, Erding (2018)
Lampke, T.
- Plasma Electrolytic Oxidation of High-Strength Aluminium Alloys – Substrate Effect on Wear and Corrosion Performance, Metals, 8 (2018)
Sieber, M.; Simchen, F.; Morgenstern, R.; Scharf, I.; Lampke, T.
(Siehe online unter https://doi.org/10.3390/met8050356)
