Detailseite
Projekt
Erforschung werkstoff- und prozessbedingter Wechselwirkungen in thermisch gespritzten Mehrkomponenten-Schichtwerkstoffen am Beispiel eines ternären oxidischen Schichtsystems
Fachliche Zuordnung
Beschichtungs- und Oberflächentechnik
Förderung
Förderung seit 2022
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 512399998
Die Entwicklung neuer Anwendungen für thermisch gespritzte Schichten ist durch eine Vielzahl von Herausforderungen geprägt. Diese erfordern wesentlich besser definierte Zusammensetzungen und kontrollierte Mikrostrukturen als es in vielen erfolgreichen konventionellen Anwendungen gegenwärtig der Fall ist. Übergeordnetes Ziel des Projektes ist die Erforschung der komplexen werkstoff- und technologiebedingten Prozesse in Mehrkomponentenwerkstoffen, um Änderungen der Zusammensetzungen zu vermeiden und zielgerichtet einphasige Schichten mit homogener Mikrostruktur herstellen zu können. Dies erfolgt anhand des Modellsystems Al₂O₃-Cr₂O₃-TiO₂. Hier bieten die α-Phase (Al,Cr,Ti)₂O₃ (Stabilisierung von Korund) und die E-Phase (Al,Cr)₂Ti₂O₇ vielversprechende Möglichkeiten. Zahlreiche Vorarbeiten zeigen bereits, dass Unterschiede in der Struktur der Pulverwerkstoffe bei nominell gleicher Zusammensetzung sowie unterschiedliche Spritzparameter eine starke Varianz in Schichtmikrostruktur und -eigenschaften verursachen. Daher ist das Erlangen von Wissen über Ort und Ablauf von Reaktionen ein wesentlicher Bestandteil des Vorhabens. Der mögliche Ort der Reaktion, der für die Änderung der chemischen Zusammensetzung verantwortlich ist, kann dabei auf folgende fünf Bereiche begrenzt werden: (I) Bei der Herstellung des Spritzpulvers; (II) Direkt nach der Pulverinjektion im Plasma; (III) Im Spritzstrahl; (IV) Nach der „Splatbildung“ auf dem Substrat und dem anschließenden Abkühlen innerhalb eines Splats und zwischen mehreren Splats; (V) bei einer Wärmenachbehandlung der Schicht. Eine Beeinflussung der Schichtmikrostrukturen erfolgt sowohl durch die Führung des Spritzprozesses als auch durch die Gestaltung des Pulverwerkstoffs. Durch einen unterschiedlichen Homogenitätsgrad der Elementverteilung in Pulvern nominell gleicher Zusammensetzung kann die Reaktivität im Spritzprozess angepasst werden. Hierfür werden im Vorhaben sowohl einfache Pulvermischungen aus kommerziell erhältlichen geschmolzen und gebrochenen Pulvern als auch experimentell hergestellte agglomeriert und gesinterte (a&s) Pulver verwendet. Durch eine Variation der Korngröße der Ausgangspulver wird in den a&s-Spritzpulvern ein unterschiedlicher Grad der Elementverteilung erzeugt. Die Lokalisierung des Reaktionsortes erfolgt durch die Untersuchungen einzelner Splats, abgefangener Partikel, einer detaillierten Prozessdiagnostik und der Analyse der Schichtmikrostrukturen (XRD, EDX, EBSD, ...). Durch ein tiefgreifendes Verständnis der komplexen Wechselwirkungen zwischen Pulverwerkstoff, Spritzprozess und Schichtmikrostruktur können optimierte Prozessparameter erarbeitet werden. Mit Hilfe einer geeigneten Wärmebehandlung werden Schichten, deren Pulverwerkstoffe im Spritzprozess nicht vollends reagieren, nachträglich homogenisiert. Die Schichten werden auch bezüglich ihres Eigenschaftsprofils (elektrisch, korrosiv, tribologisch, mechanisch) charakterisiert.
DFG-Verfahren
Sachbeihilfen
