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5.3 Übertragbarkeit auf andere Spritzwerkstoffe und aktuelle Schichtbeispiele

Durch Kaltgasspritzen kann eine sehr breite Spanne von Spritzwerkstoffen, wie z.B. reine Metalle, Legierungen, Kompositpulvern und Pulvermischungen, von niedrigen bis hin zu sehr hohen Schmelzpunkten verarbeitet werden. Eine notwendige Voraussetzung für die Verarbeitbarkeit von Materialien im Kaltgasprozess ist, dass mindestens eine der verwendeten Komponenten, besser jedoch alle beteiligten Werkstoffe, eine ausreichend hohe Duktilität aufweisen, um eine Bindung durch Scherinstabilitäten zuzulassen. Insbesondere mit Hilfe der hier präsentierten Prozessverbesserungen können Materialien wie Al, Ti, Zr, Sn, Zn, Cu, Ni, Nb, Ta, als auch Legierungen wie Stahl 316L, Stahl 410L, Ni-Legierungen, MCrAlY´s und Pulvermischungen erfolgreich gespritzt werden. Unter geeigneten Bedingungen können wärmesensitive Materialien wie z.B. wärmebehandelte Legierungen oder sogar sehr wärmeempfindliche Materialien wie Kunststoffe als Substrat verwendet werden. Unter gewissen Umständen lassen sich auch Keramiken und Gläser beschichten.

Die zuvor diskutierten Auswirkungen auf die Schichtfestigkeiten infolge neu realisierbarer Spritzbedingungen können auch auf andere metallische Materialien übertragen werden. In Bild 11 sind die Schichtfestigkeiten von Al, Cu, Stahl 316L und Ta als Trendlinien über der Prozessgastemperatur aufgetragen. Erwartungsgemäß beeinflussen die unterschiedlichen Eigenschaften der vier Materialien den Anstieg der Festigkeit, aber die Unterschiede sind nicht so stark ausgeprägt, wie sie bei den übliche thermischen Verfahren zu erwarten wären. Unter sonst gleichen Prozessbedingungen sollte sich die thermische Erweichung bei Materialien mit niedrigem Schmelzpunkt (Al: Ts = 660 °C) stärker auswirken als bei Materialien mit einem sehr hohen Schmelzpunkt (Ta: Ts = 2996 °C). Daher fällt die Steigung der Trendlinien im „Schichtfestigkeit–Prozessgastemperatur“ Diagram mit steigendem Schmelzpunkt des Spritzwerkstoffes.

Kaltgas-11Bild vergrößert anzeigen... Link wird in einem neuen Fenster geöffnet

Bild11: Trendlinien der Schichtfestigkeit (TCT-Test), für verschiedene Materialien als Funktion der Prozessgastemperatur. Die Partikelgrößenverteilungen betrugen jeweils etwa -45+15 μm.

Die Bilder 12 bis 16 zeigen Beispiele für aktuell einstellbare Schichtmikrostrukturen und Schichtfestigkeiten, bei Gebrauch von Stickstoff als Prozessgas und der Nutzung der neu entwickelten Spritzpistole. Alle gezeigten die gezeigten Schichtbeispiele, einschließlich Al (Bild 12), Ti (Bild 13), Stahl 316L (Bild 14) und Ta (Bild 15) können mit sehr geringen Porositäten von weit weniger als 1 % und hohen Festigkeiten hergestellt werden. Bisher erforderten ähnlich dichte Schichten und hohe Festigkeiten den Gebrauch von Helium als Prozessgas. Folglich beweist der hohe Anteil an gebundenen Grenzflächen infolge der neu entwickelten Spritzpistole zum einen deutlich bessere Schichteigenschaften für eine Reihe von Spritzwerkstoffen. Zum anderen zeigen die Ergebnisse, dass selbst bei ‘high end’ Anwendungen der kostenträchtige Gebrauch von Helium nicht erforderlich ist.

Kaltgas-12aBild vergrößert anzeigen... Link wird in einem neuen Fenster geöffnet     Kaltgas-12bBild vergrößert anzeigen... Link wird in einem neuen Fenster geöffnet

Bild12: Al Schicht auf Mg, Prozessgas Stickstoff, (a) polierter Querschliff, (b) geätzt.

Kaltgas-13aBild vergrößert anzeigen... Link wird in einem neuen Fenster geöffnet     Kaltgas-13bBild vergrößert anzeigen... Link wird in einem neuen Fenster geöffnet

Bild13: Ti Schicht auf Al, Prozessgas Stickstoff, (a) polierter Querschliff, (b) geätzt.

Kaltgas-14aBild vergrößert anzeigen... Link wird in einem neuen Fenster geöffnet     Kaltgas-14bBild vergrößert anzeigen... Link wird in einem neuen Fenster geöffnet

Bild14: Stahl 316L-Schicht auf Al, Prozessgas Stickstoff, (a+b) polierter Querschliff.

Kaltgas-15aBild vergrößert anzeigen... Link wird in einem neuen Fenster geöffnet     Kaltgas-15bBild vergrößert anzeigen... Link wird in einem neuen Fenster geöffnet

Bild15: Ta-Schicht auf Stahl S235, Prozessgas Stickstoff, (a+b) polierter Querschliff.

Stand dieser Seite: 29.10.2007 - 08:00:13 (Thomas Breckwoldt) | Datenschutzerklärung | Druckdatum: 22.12.2014 - 15:11:58

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