Beschreibung
P 923 – Aufbringen von Verschleißschutzschichten bis 5 mm Dicke aus Metall- Hartstoff-Pulvermischung mittels Widerstandsschweißen
Zum Schutz vor Verschleiß durch äußere Einflüsse werden Bauteile häufig mit schützenden Beschichtungen versehen. Bei metallischen Bauteilen, insbesondere bei starker mechanischer Belastung, geschieht dies häufig durch das Aufschweißen von Schichten mit entsprechend guten Verschleißeigenschaften, dem so genannten Panzern durch Auftragsschweißen. Üblicherweise kommen dabei lichtbogenbasierte Schweißprozesse, wie das Metall-Schutzgas-Schweißen (MSG) oder das Unterpulver-Schweißen (UP) zum Einsatz. Diese Verfahren besitzen den Nachteil einer relativ hohen Energieeinbringung und einer damit einhergehenden hohen thermischen Belastung für die verwendeten Werkstoffe.
Im Bereich des zu schützenden Bauteils bedeutet das, dass der Einsatz von höherwertigen Stählen nicht unbedingt sinnvoll ist, da die z.T. aufwendig eingestellten Werkstoffeigenschaften durch die Wärmeeinbringung verschlechtert werden. Man greift somit auf einfachere Stahlsorten zurück, womit ein großes Leichtbaupotential verloren geht. Im Bereich der Beschichtungswerkstoffe können aufgrund der hohen Prozesstemperaturen lediglich die Hartstoffe zur Verbesserung der Verschleißbeständigkeit verwendet werden, die sich während des Auftragsschweißens nicht zersetzen. Solche Hartstoffe sind üblicherweise aber recht kostspielig.
Im Rahmen dieses Vorhabens wurde das Verfahren des Auftragsschweißens mittels Widerstandsschweißen untersucht. Dabei wird mittels konduktiver Widerstandserwärmung eine Mischung aus Hartstoffpulver und einem Matrixpulver auf Eisenbasis zu einer geschlossenen Schicht verschweißt und gleichzeitig auf ein Substrat aufgetragen. Die im Vorhaben verwendeten preiswerten Hartstoffe sind neben Siliziumkarbid und Zirkonmullit hauptsächlich solche auf Basis von Aluminiumoxid. Als Matrixwerkstoffe kommen maßgeblich Eisenpulver sowie Gusseisenpulver zum Einsatz. Die erreichbaren Schichtdicken liegen bei ca. 3 mm und erreichen bei entsprechendem Verschleißmechanismus eine deutliche Erhöhung der Verschleißbeständigkeit. Durch einen mehrlagigen Aufbau der Auftragsschicht lassen sich größere Schichtdicken realisieren. Der Aufmischungsgrad liegt dabei weit unter denen von konventionellen Auftragsschweißverfahren, die Wärmeeinflusszone ist ebenfalls deutlich kleiner. In weiterführenden Untersuchungen sind die weitere Optimierung der Verschleißeigenschaften, die Entwicklung von kontinuierlichen Verfahren zum Beschichten größerer Flächen sowie die direkte Erzeugung konturierter Flächen denkbar.
Das IGF-Vorhaben 17421 N der FOSTA – For-schungsvereinigung Stahlanwendung e. V., Düsseldorf, wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Das Vorhaben wurde vom Institut für Schweißtechnik und Fügetechnik der RWTH Aachen durchgeführt.
Veröffentlichung:
September 2018
Autoren:
Prof. Dr.-Ing. U. Reisgen, Dipl.-Ing. A. Schiebahn
