Herstellung mikrostrukturierter funktionaler Magnesiumwerkstücke durch Transplantation thermisch gespritzter Schichten unter Einsatz verlorener Kerne im Druckgussprozess

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Dirk Biermann; Professor Dr.-Ing. Kai Möhwald
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren ; Beschichtungs- und Oberflächentechnik ; Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 281145974

Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es, den Prozess der Schichttransplantation weiterzuentwickeln und mit alternativen Werkstoffen und neuartigen Werkzeugkonzepten zu kombinieren. Im Zuge der Schichttransplantation wird der Beschichtungsprozess in einen Druckgussprozess integriert, indem ein durch thermisches Spritzen beschichteter Einleger in eine Druckgussform eingesetzt wird. Während des Gießprozesses kommt es zu einer Infiltration des Porennetzwerkes der Schicht und somit zu einer formschlüssigen Verbindung. Die Machbarkeit dieses Verfahrens wurde für Aluminiumdruckguss bereits belegt. Als alternativer Werkstoff liegt nun Magnesium mit seinen hervorragenden Leichtbaueigenschaften im Fokus. Die Ermittlung der Unterschiede zur Transplantation im Aluminiumdruckguss und das Lösen der spezifischen Schwierigkeiten bietet hierbei nicht zuletzt die Chance, das grundlegende Verständnis des Schichttransplantationsprozesses zu erweitern. In diesem Rahmen muss auch die spezifische Korrosionsproblematik, die sich aus dem während des Transplantationsprozesses entstehenden Verbundes aus Grundwerkstoff und Schicht ergibt, untersucht werden. Die Arbeitshypothese ist, dass durch geeignete Werkstoffauswahl und angepasste thermische Spritzprozesse erzeugte Multilayerschichten das Schichtgefüge sowohl im und über der Infiltrationszone als auch an den Schichträndern so eingestellt werden kann, dass die mit dem elektrochemischen Potential des Magnesiums einhergehende verschärfte Korrosionsproblematik bei metallischen Beschichtungen auf ein technisch nutzbares Minimum reduziert werden kann. Großes Potenzial verspricht der Einsatz von verlorenen Kernen, insbesondere wasserlösliche Salzkerne, im Schichttransplantationsprozess. Dies würde es ermöglichen, Bauteile mit einer beschichteten komplexen Innengeometrie zu erzeugen. Hierzu muss einer Reihe von Herausforderungen begegnet werden: Neben der Problematik der Salzkernbeschichtung müssen mehrere fertigungstechnische Schwierigkeiten überwunden und Handling-Konzepte entwickelt werden. Ziel wird es in dem entsprechenden Arbeitspunkt sein, geeignete Prozesse zur Oberflächenvorbehandlung der Salzkerne zu entwickeln, um ein Beschichten zu ermöglichen, die Beschichtungsprozesse entsprechend anzupassen und Bearbeitungsparameter zu ermitteln, mit denen auch komplexe Geometrien in Salz erzeugt werden können. Aufbauend auf den Erkenntnissen zur Salzbearbeitung sollen die entwickelten Salzgeometrien mit Funktionsstrukturen versehen werden, welche die Eigenschaften des hergestellten Bauteils verbessern sollen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen