Manufacturing of micro-structured functional magnesium components by transplantation of thermal sprayed coatings using lost cores during pressure die casting

• Applicants: Professor Dr.-Ing. Dirk Biermann; Professor Dr.-Ing. Kai Möhwald
• Subject Area: Primary Shaping and Reshaping Technology, Additive Manufacturing ; Coating and Surface Technology ; Metal-Cutting and Abrasive Manufacturing Engineering
• Term: from 2015 to 2018
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 281145974

• Final Report Year: 2018

Final Report Abstract

In diesem Projekt wurde die Herstellung mikrostrukturierter funktionaler Magnesiumwerkstücke durch Transplantation thermisch gespritzter Schichten unter Einsatz verlorener Kerne im Druckgussprozess durch umfangreiche technologische Untersuchungen grundlegend analysiert. Die Versuchsergebnisse belegen, dass die Prozesskenngrößen signifikant von den zu erwartenden Resultaten der Mikrostrukturierung sowie der Beschichtungsfähigkeit metallischer Werkstoffe abweichen und neue werkstoff- und verfahrensspezifische Lösungen erfordern. Die einzustellenden Prozess- und Werkzeugparameter zeigen dabei eine starke Abhängigkeit von den Materialeigenschaften der zu beschichtenden Salzkerne. Die extrem ausgebildete Porosität der Salzkerne führt zu erheblichen Herausforderungen bei der spanabnehmenden Bearbeitung aufgrund von spontanem Werkstückbruch oder der Offenlegung von großen Poren im Kern, welche eine Mikrostrukturierung einschränken bzw. unmöglich machen. Zusätzlich führt die starke Verdichtung der Randzone der Salzkerne im unbearbeiteten Zustand zu einer unzureichenden Verklammerung der thermischen Spritzschicht, die dadurch je nach verwendetem Spritzmaterial bereits bei geringen Schichtdicken zu einem Ablösen führt. Der Grund hierfür ist, dass die Qualität der Salzkerne es nicht zulässt, die Oberfläche ausreichend zu aktivieren. Eine weitere Frage, die sich in diesem Zusammenhang ergibt, ist die Schichthaftung in diesen Systemen (metallische Schicht ↔ anorganisches Material). Bei rein metallischen Systemen tragen stoffschlüssige Verbindungen an der Grenzfläche Schicht ↔ Substrat (aufgrund von Diffusionsvorgängen) neben der Verklammerung, zur Erhöhung der Haftfestigkeit der thermischen Spritzschicht bei. Daher sind diesbezüglich weitere Untersuchungen, auch in einem industriellen Rahmen, notwendig, um die Schichthaftungsmechanismen auf den Salzkernen genauer zu erforschen.

Publications

• Enhanced corrosion resistance of magnesium alloys by transplantation of thermally sprayed coatings. In: ITSC 2017. DVS-Berichte, Band: 336. DVS Media GmbH, Düsseldorf, 2017, S. 665–668
  Rodriguez Diaz, M.; Knödler, P.; Otten, M.; Möhwald, K.; Maier, H.; Freiburg, D. Wiederkehr (geb. Kersting), P.; Biermann, D.
  
• Untersuchungen zur mechanischen Nachbearbeitung und Strukturierung von durch das Warmkammerdruckgussverfahren hergestellten Salzeinlegekerne. In: Gießerei Praxis, (12/2017), S. 512-516
  Biermann, D.; Bathe, T.; Pannekoicke, P.; Knödler, P.; Möhwald, K.
  
• Verfahren und Methoden zur Transplantation thermisch gespritzter Schichten für Druckgussteile. In: Spanende Fertigung, 7. Ausgabe, Biermann, D. (Hrsg.), Vulkan Verlag, Essen, 2017, ISBN 978-3-8027-2989-8 (print), 978-3-8027-3052-8 (ebook), S. 88-93
  Biermann, D.; Bathe, T.; Knödler, P.; Möhwald, K.; Maier, H.
  
• Investigations into the coating adhesion capacities of thermally sprayed coatings on inserted salt cores manufactured using the hot-chamber die casting procedure. In: Thermal Spray Bulletin, (1/2018), S. 26 - 31
  Biermann, D.; Bathe, T.; Pannekoicke, P.; Knödler, P.; Möhwald, K.