Hochverschleißfeste und konturnahe Werkzeugoberflächen durch Hochgeschwindigkeitsflammspritzverfahren

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Nanowerkstoffe stellen eine neue, zukunftsträchtige Klasse an Materialien dar. Im Vergleich zu konventionellen Werkstoffen ermöglichen sie bei gleicher chemischer Zusammensetzung neuartige bzw. verbesserte Eigenschaften. Vor diesem Hintergrund zeigt sich auch in der thermischen Spritztechnik ein stark wachsendes Interesse an der nanotechnologischen Forschung. Mit dem Ziel der Herstellung hochverschleißfester und konturnaher Werkzeugoberflächen werden in der vorliegenden Arbeit die Möglichkeiten und Grenzen der spritztechnologischen Verarbeitung feiner und nanostrukturierter WC-12Co Ausgangspulver mittels eines neuartigen Hochgeschwindigkeitsflammspritzverfahrens grundlegend untersucht. Die hierbei gewonnenen Ergebnisse werden mit denjenigen eines konventionellen Pulvers ganzheitlich verglichen. Des Weiteren wird ein Konzept zum konturnahen Beschichten von regelgeometrischen Bauteilen vorgestellt. Zu Beginn der Arbeit erfolgt eine systematische Parameterstudie zur Prozess- und Schichtoptimierung mittels der Methode der statistischen Versuchsplanung. Im nächsten Schritt wird die Wirkung von Beschichtungsparametern und Skalierungseffekten auf die Prozessdynamik und das Partikelverhalten in der Flamme, sowie auf mechanische Eigenschaften, Gefügestruktur, Element- bzw. Phasenverhalten und Eigenspannungen der Schichten analysiert. Anhand dieser Untersuchungen werden die sich durch die Skalierung ergebenden Vor- und Nachteile erarbeitet. Im Anschluss erfolgt die Ermittlung wichtiger tribologischer Kenngrößen der drei WC-12Co Schichtsysteme im Vergleich zum unbeschichteten Grundwerkstoff (C45) mit Hilfe von zwei standardisierten Prüfverfahren. Begleitend werden die auftretenden mikroskopischen Verschleißerscheinungsformen untersucht. Im letzten Teil der Arbeit erfolgt zunächst die Analyse des Einflusses wichtiger Handhabungsparameter auf den Schichtauftrag, die Schichteigenschaften und die Bauteilaufheizung. Abschließend wird das robotergestützte, konturnahe Beschichten regelgeometrischer Bauteile mit verschiedenen Außenwinkeln unter Einsatz einer offline programmierten Roboterbahn untersucht, um die gewonnenen Grundlagen in die Praxis zu überführen.