Geometrisch bestimmte Oberflächenstrukturierung zur formschlüssigen Anbindung thermisch gespritzter Schichten

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Dirk Biermann; Professor Dr.-Ing. Kai Möhwald
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 380444554

Als Alternative zum konventionellen Strahlen soll in diesem Forschungsvorhaben die Möglichkeit untersucht werden, durch die Kombination der Verfahren Rändelfräsen und Festwalzen eine reproduzierbare Oberflächentopologie von Substraten zu erzeugen, die Hinterschneidungen in Relation zur Rändelteilung und verwendeten Festwalzkraft auf-weisen. Diese Hinterschneidungen ermöglichen die formschlüssige Anbindung einer aufgespritzten Beschichtung an das Substrat, wobei durch erste Voruntersuchungen das große Potential der innovativen Substratvorbehandlung aufgezeigt werden konnte. Die Anwendung einer angepassten Festwalzstrategie ermöglicht die Ausbildung annähernd symmetrischer Hinterschneidungen, wodurch eine gesteigerte Haftzugfestigkeit der Be-schichtung realisiert wird. Ein zusätzliches Festwalzen der aufgebrachten Beschichtung führt nochmals zu einer signifikanten Steigerung der Haftzugfestigkeit, sodass Haftzug-festigkeitswerte im Bereich konventionell gestrahlter Oberflächen erzielt werden. Somit lassen sich Strahlprozesse zur Substratvorbereitung durch die Verfahrenskombination Rändelfräsen und Festwalzen substituieren und gleichermaßen die vergleichsweise langen Prozesszeiten des Strahlens einsparen. Die erforderliche, oftmals aufwändig ge-staltete Reinigung der gestrahlten Werkstücke entfällt ebenfalls. Zudem konnte durch rasterelektronenmikroskopische Analysen gezeigt werden, dass ein Versagen des Schichtverbundes beim Haftzugfestigkeitstest nicht im Bereich der Hinterschneidungen, sondern zwischen diesen, im Bereich der festgewalzten Oberflächen, erfolgte. Einhergehend mit einer Reduzierung der Rändelteilung werden die Dimensionen dieser festgewalzten Flächen allerdings gleichermaßen verringert, woraus eine weitere Steigerung der Haftzugfestigkeit der Beschichtung resultieren sollte. Ein Einsatz der durch die aufgeführte Verfahrenskombination generierten Schichtsysteme im Bereich der Verschleißschutzschichten (Motorenbau) wäre durchaus vorteilhaft. Weiterhin ist aufgrund der mit dem Festwalzen der Beschichtung einhergehenden Oberflächenglättung ein Einsatz des Schichtsystems im Bereich von Funktionsflächen denkbar.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen