Effiziente Herstellung von neuartigen Fe-basierten Beschichtungen für großflächige Anwendungen mittels des AC-HVAF-Spritzverfahrens
Beschichtungs- und Oberflächentechnik
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In der Papierherstellung werden thermisch gespritzte Beschichtungen für den Korrosions- und Verschleißschutz genutzt. Konventionelle Beschichtungen weisen verschiedene Vor- und Nachteile auf. Hartmetalle zeigen einen hohen Verschleiß- und Korrosionsschutz, haben jedoch auch hohe Materialkosten und die möglichen Förderraten sind sehr gering. LDS gespritzte Beschichtungen können mit deutlich höheren Förderraten appliziert werden, jedoch weisen die dicken und rauen Beschichtungen, eine ungewünschte thermische Isolation und hohe Nachbearbeitungskosten auf. Durch die in diesem Vorhaben getätigte Entwicklung konnten die Vorteile der konventionell eingesetzten Beschichtungen mittels des HVAF-Verfahrens auf Basis von FeCrB kombiniert werden. TEM wurde genutzt, um das Gefüge zu untersuchen und Mechanismen für die hohe Korrosionsbeständigkeit der Beschichtungen zu validieren. Die Beschichtungen mit einer Pulverfraktion von f = -20 + 3 µm zeigen amorphe bis nanokristalline Bereiche, wohingegen bei der Pulverfraktion von f = -32 + 11 µm vorwiegend nanokristalline Bereiche, welche der α-Phase zugeordnet werden können, vorliegen. Die amorphen Bereiche lassen sich durch den hohen Aufschmelzgrad und Abkühlgeschwindigkeiten bei der feinen Pulverfraktion begründen. Das freie Chrom der amorphen Bereiche kann zudem die Begründung für die hohe Korrosionsbeständigkeit der Beschichtungen mit der Partikelfraktion f = -20 + 3 µm sein. Untersuchungen mittels Impacttester wurden durchgeführt, um die Beständigkeit gegen eine stoßende Beanspruchung der Beschichtung aus FeCrB und FeCrB/WC-Co zu bestimmen. Die Tests zeigen, dass die WC/Co-haltigen Beschichtungen eine höhere Rissanfälligkeit aufweisen als die reinen FeCrB-Beschichtungen. Eigenspannungsuntersuchungen zeigten geringere Zugeigenspannungen in der WC-Co-haltigen Beschichtung, weshalb eine geringere Rissanfälligkeit anzunehmen war. Dieser Eigenspannungszustand konnte sowohl mittels Krümmungs- als auch Bohrlochmethode beobachtet werden. Genauere Untersuchungen des Impactkraters zeigen, dass die Energie beim Aufprall des Prüfkopfes durch Verformung der duktilen FeCrB-Beschichtung abgebaut werden können. Bei den WC-Co-haltigen Beschichtungen werden jedoch die Risse zwischen den WC-Co-Partikeln agglomeriert, was wiederum zu weniger aber deutlich ausgeprägteren Rissen führt. Die entwickelten Beschichtungen sind eine wirtschaftliche Alternative für konventionelle Schichtsysteme. Durch feinere Pulverfraktion können Nachbearbeitungskosten reduziert und die Korrosionsbeständigkeit gesteigert werden. WC-Co-Integrationen erhöhen den Abrasionswiderstand, reduzieren jedoch die Schlagbeständigkeit. Das Ziel resourceneffizienterer Beschichtung mit hohen Verschleiß- und Korrosionsschutz konnte durch die entwickelten Beschichtungen erfüllt werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Development of HVAF-sprayed novel Fe-based coatings for large area applications, Thermal Spray Bulletin, Nr. 1, 2018, S. 38-45, DVS Media GmbH, Düsseldorf
K. Bobzin, M. Öte, M. A. Knoch, J. Sommer
- Influence of powder feed rate on corrosion and wear properties of Fe-based HVAF coatings, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 373:012012, 2018, Bristol
K. Bobzin, M. Öte, M. A. Knoch, J. Sommer
(Siehe online unter https://doi.org/10.1088/1757-899X/373/1/012012) - Influence of powder size on the corrosion/wear behaviour of HVAF sprayed Fe-based coating, Journal of Thermal Spray Technology (28), 2018, S. 63-75
K. Bobzin, M. Öte, M. A. Knoch, J. Sommer
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s11666-018-0819-7) - Neue Möglichkeiten für Fe-Basis-Beschichtungen durch HVAF-Spritzen“ Proceedings 11. HVOF Kolloquium 2018, ISSN: 1612-6750
K. Bobzin, M. Öte, T. Königstein, L. Zhao, J. Sommer, K. M. Malik
- Novel Fe-based and HVAF-sprayed coating systems for large area applications, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 480:012005, 2019, Bristol
K. Bobzin, M. Öte, M. A. Knoch, J. Sommer
(Siehe online unter https://doi.org/10.1088/1757-899X/480/1/012005) - Impact resistance of WC-Co reinforced HVAF-sprayed FeCrB-coatings, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 1147:012028, 2021, London
K. Bobzin, W. Wietheger, H. Heinemann, J. Sommer, M. Schulz
(Siehe online unter https://doi.org/10.1088/1757-899X/1147/1/012028)
