Die steigenden Anforderungen an das Verschleißverhalten metallischer Oberflächen können durch neue Legierungen für das Auftragsschweißen ressourcensparend erfüllt werden. Mittels neuer Prüfverfahren ist zudem eine optimierte Abschätzung der Haltbarkeit der Verschleißschutzschicht gegeben.
Fragestellung
Verschleiß tritt überall dort auf, wo sich Oberflächen von Bauteilen relativ zu einander bewegen und durch die auftretende Wechselwirkung ein Materialabtrag stattfindet. Da die Anforderungen an die Eigenschaften einer verschleißfesten Oberfläche, wie beispielsweise lange Haltbarkeit oder definiertes Reibungsverhalten, sehr komplex seien können, reicht bei metallischen Bauteilen ein konventionelles Härten der Oberfläche nicht aus. Durch das Auftragen einer Verschleißschutzschicht, für die häufig Nickel- und Cobaltlegierungen angewendet werden, können verschleißarme Oberflächen für preisgünstige Stahlsorten erzeugt werden.
Des Weiteren steigen die Anforderungen an die Umwelt-verträglichkeit, so dass alternative Legierungen benötigt werden, die eine gezielte Konfiguration der Legierungsbestandteile sowie der Form der Gefügestruktur unter Berücksichtigung der anwendungsspezifischen Anforderungen ermöglichen.
Lösung
Für die unterschiedlichen Anwendungsbereiche von Verschleißschutzschichten werden neue Legierungen entwickelt. Alternativ zu etablierten Legierungselementen, wie beispielsweise Cobalt, erfolgt die Anforderungserfüllung durch Legierungen auf Eisen-Basis. Diese sind kostengünstiger und einfacher herzustellen. Die Legierungsentwicklung beinhaltet die Entwicklung des Schweißdrahtes oder Schweißpulvers, der für die Anwendung des Auftragsschweißens benötigt wird. Für die optimale Anpassung und Modifizierung des Schweißprozesses beim Erzeugen der Verschleißschutzschicht können weitere Zusatzstoffe der Legierung hinzugefügt werden. So ist es beispielsweise möglich, recyceltes Hartmetall beim Schweißzusatz zu verwenden.
Die Wirkungsweise der neu entwickelten Legierung für die Verschleißschutzschicht wird auf ihre Langzeiteigenschaften getestet. Dafür wird größtenteils selbstentwickelte Prüftechnik zur Qualifizierung der Verschleißschicht angewendet. Durch vereinfachte Versuche, bei denen das reale System der aufeinander einwirkenden Oberflächen nachgebildet wird, ist eine deutliche Reduzierung der Prüfdauer möglich. Dadurch können mehrjährige Langzeittests zur Abbildung der vorgesehenen Betriebsdauer von Verschleißschutzschichten ersetzt werden.
Vorteile
Die spezifische Anpassung der Legierung an den Anwendungsfall erlaubt eine multifunktionale Verschleißschutzschicht. Dies beinhaltet auch die Entwicklung der Schweißzusätze und die Optimierung des Auftragsschweißens. Durch zeitreduzierte Prüfverfahren ist die schnelle Bewertung des Langzeitverhaltens gegeben. Ebenfalls ist die Anwendung ressourcenschonender Legierungsbestandteile realisierbar.
Leistungsparameter
In Abhängigkeit vom Auftragsverfahren sind für Stahl- und Aluminiumlegierungen Schichtdicken bis zu 20 mm erreichbar.
Weitere Anwendungsmöglichkeiten
- Metallische Oberflächen, die erhöhter Reibung unterliegen
- Elemente von Kunststoffverarbeitungsmaschinen
- Technische Messer und Abstreifer
- Komponenten der Bohr-, Erdöl- und Erdgasindustrie
- Bauteile der Aufbereitungsindustrie, beispielsweise für Mühlen und Sichter
- Komponenten der Bau- und Erdbearbeitungsindustrie
Entwicklungsstand
Anwendung etablierter Auftragsschweißverfahren mit neu entwickelten Legierungen – Prototyp im Einsatz
Forschungseinrichtung
TU Clausthal
Institut für Schweißtechnik und Trennende Fertigungsverfahren
