Kombinationsbehandlung zur Erzeugung einer multifunktionalen Randschicht mittels Elektronenstrahlauftragens (EBA) und Thermochemischer Behandlung (TCB) auf einem austenitischen rost- und säurebeständigen Stahl (KomET)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Rolf Zenker
• Fachliche Zuordnung: Beschichtungs- und Oberflächentechnik
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 319182474

Nichtrostende Stähle zeichnen sich durch eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit aus, sind aber mit erheblichen Einschränkungen bzgl. Härte und Verschleißwiderstand behaftet. Zahlreiche bisher getestete Verfahren zur Beseitigung dieser Nachteile führen nur teilweise zu positiven Resultaten. Dem beantragten Vorhaben liegt eine kombinierte Randschichtbehandlung mit einem Elektronenstrahl-Auftragen (EBA) als 1. Verfahrensschritt und einem nachfolgenden Plasmanitrocarburieren (PNC) zugrunde. Eigene Vorarbeiten haben gezeigt, dass es damit prinzipiell möglich ist, Härte und Verschleißwiderstand bei gleichzeitigem Erhalt des Korrosionswiderstands deutlich zu erhöhen. Ziel des Vorhabens ist es, Schicht-Matrix-Verbunde herzustellen, die bei Verschleißbeanspruchung unter hohen Belastungen in korrosiven Medien einsetzbar sind. Zunächst sollen am Beispiel des Stahls X6CrNiMoTi17-12-2 optimale Parameterfenster für die Erzeugung von riss- und porenfreien, metallurgisch fehlerfrei angebundenen ein- und mehrlagigen Co-Basis-EBA-Schichten mit deutlich erhöhter Härte und verbessertem Verschleißverhalten sowie mindestens vergleichbaren Korrosionskennwerten wie beim Grundwerkstoff ermittelt werden. Als Basis für diese Untersuchungen soll ein ausgewählter Co-Basis-Zusatzstoff hinsichtlich der Wirkung des Cr- und Fe-Gehaltes auf die EBA-Schichtbildung und den Aufmischungsgrad, insbesondere der jeweils vorher aufgetragenen Schicht (mehrlagig) erforscht werden. In Verbindung mit der Kombination EBA+PNC soll die metallurgische Kompatibilität der EBA-Schichten und der Einfluss der Schichtkonfiguration (Struktur, Gefüge) auf den Mechanismus der PNC-Schichtbildung in Relation zu einem Vergleichs-werkstoff (Stellit 12) sowie die Stützwirkung der EBA-Schicht für die nachfolgend erzeugten dünnen PNC-Schichten (expandierter Austenit) systematisch untersucht werden. Die beim EBA (Wechselwirkung EB/Material) bzw. PNC (N/C-Schichtbildung auf einer Co-Basis-EBA-Schicht) ablaufenden Prozesse sollen grundlegend analysiert und in Relation zu einem Vergleichswerkstoff (Stellit 12) interpretiert werden. An ausgewählten Referenzzuständen soll das Beanspruchungsverhalten der Schicht-Matrix-Verbunde grundlegend erforscht werden, d. h. welche Verschleiß- und Korrosionsmechanismen unter unterschiedlichen applikationsspezifischen Bedingungen ablaufen. Dazu sollen Verschleißversuche mit einem Tribometer auf verschiedenen Lasthorizonten (Normalkraft 5 - 500 N) und/oder bei verschiedenen Temperaturen (24 - 300°C) sowie Korrosionsversuche in verschiedenen sauren Medien (potentiodynamische Messungen in 0,05M Schwefelsäure, Langzeitkorrosionsversuche in 30%iger Zitronensäure oder 20%iger Schwefelsäure) durchgeführt werden. Als Ergebnis des Vorhabens sollen neue grundlegende Erkenntnisse zur projektrelevanten Kombinationsbehandlung gewonnen und verallgemeinerungsfähige Aussagen zur Prozessgestaltung kreiert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen