Schweißtechnische Generierung von Verschleißschutzschichten für Hochtemperaturanwendnungen
Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen dieses Forschungsprojekts konnten wichtige Erkenntnisse über die schweißtechnische Generierung von Auftragsschichten für den Verschleißschutz bei hohen Umgebungstemperaturen gewonnen werden. Die Ermittlung der verstärkten Legierungen mit den entsprechenden Schweißparametern konnten neue Verschleißschutzstrategien untersucht werden. Zunächst wurden neue Legierungskonzepte mit bekannten Verstärkungsstrategien entwickelt (Verstärkung mit TiC oder WSC) aus denen neuen Verstärkungsstrategien abgeleitet werden konnten. Teil dieser neuen Verstärkungsstrategien sind multimodale Hartstoffverstärkungen. Durch diese multimodalen Verstärkungen kann der Matrixwerkstoff auch bei Temperaturen von 600°C effektiver vor Erosion geschützt werden. Die Vergleichsuntersuchungen ermöglichen Rückschlüsse auf das Verhalten der Legierungen bei Partikelbestrahlung mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Der Verhältnis der winkelabhängigen Abträge einer Legierung ist demnach nicht von der Partikelgeschwindigkeit abhängig. Durch die Verschleißuntersuchungen konnte die Wirksamkeit einiger verstärkter Legierungen bewiesen werden. Die Verstärkung mit WSC, sWSC und der multimodalen Verstärkung aus WC und WSC bewiesen dabei besondere Beständigkeit gegenüber der kombinierten Belastung aus Erosion und Korrosion bei Temperaturen bis 600°C. Bei 750°C wird die Oxidation zum bestimmenden Faktor, wie durch die Oxidationsuntersuchungen bewiesen werden konnte. Dadurch ist eine Verbesserung der Verschleißbeständigkeit durch die hier untersuchten Karbide nur schwer realisierbar. Aber auch bei dieser Versuchstemperatur konnte die Verschleißbeständigkeit durch WSC und WC bei niedrigen Strahlwinkeln gesteigert werden. Besonders hervorzuheben ist der Einfluss des Eisenanteils im Matrixwerkstoff auf die Verschleißbeständigkeit bei hohen Temperaturen. Nach den durchgeführten Vergleichsmessungen von C22+WSC auf niedrig- und hochlegiertem Substrat bei 600°C wurden bei den Proben auf hochlegiertem Substrat niedrigere Abträge festgestellt. Die daraufhin durchgeführten Analysen ergaben einen höheren Eisenanteil bei den Proben auf niedriglegiertem Substrat. Dieser Zusammenhang konnte im Rahmen dieses Forschungsprojekts jedoch nicht konsequent weiter untersucht werden. In einem zukünftigen Forschungsprojekt wird die genaue Untersuchung der Einflüsse von Aufmischung und Karbidauflösung auf die Strahlverschleißbeständigkeit bei hohen Temperaturen erfolgen. Im Rahmen dessen soll auch ein möglicher Einfluss des Sauerstoffpartialdrucks bei unterschiedlichen Prüftemperaturen untersucht werden. Aus den aktuellen Ergebnissen lassen sich neue Verschleißschutzstrategien auf der Basis von multimodalen Verstärkungen entwickeln, welche zusammen mit bislang nicht untersuchten Karbiden (NbC, TaC, etc.), eine Steigerung der Verschleißbeständigkeit auch bei 750°C versprechen. Im Rahmen dieser Untersuchungen sollen auch neue Matrixwerkstoffe überprüft werden. Des Weiteren können nichtmetallische Hartstoffe, sofern eine Anbindung über eine Oberflächenaktivierung möglich ist, durch höhere Härten und thermische Stabilität für Verschleißschutzstrategien Verwendung finden. Dabei steht zunächst die Erforschung der Anbindungsstrategien im Vordergrund. Des Weiteren ist geplant, die Oxidation der Hartstoffe und die Verschleißeigenschaften der Oxide genauer zu untersuchen. Dabei soll die tatsächliche Oxidationsgeschwindigkeit der hartstoffverstärkten Superlegierungen mittels eines Oxidationsprüfstands bestimmt werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- „High Temperature Particle Jet Erosion of Nickel- and Cobalt-based Alloys“, 59th Ilmenau Scientific Colloquium, TU Ilmenau, 2017
V. Wesling, R. Reiter, J. Hamje, T. Müller
- „Hochtemperaturstrahlverschleiß von ein- und mehrphasigen Nickel- und Cobaltbasislegierungen“ Tagung Werkstoffprüfung, DVM Berlin, 2017
V. Wesling, R. Reiter, J. Hamje, T. Müller
- „Hochtemperaturstrahlverschleißuntersuchungen an schweißtechnisch generierten Verschleißschutzschichten“, 2. Niedersächsische Symposium der Materialtechnik, TU Clausthal, 2017
V. Wesling, J. Hamje, T. Müller
- „Hochtemperaturstrahlverschleißuntersuchungen an schweißtechnisch generierten, mehrphasigen Verschleißschutzschichten auf Basis von Sondermetallen “, 12. Fachtagung "Verschleißschutz von Bauteilen durch Auftragschweißen", SLV Halle, 2018 S. 22-29
V. Wesling, R. Reiter, J. Hamje, T. Müller
