Teilprojekt A04 Sinterbeschichtungen Formhärten

Aufgrund bestehender Erfahrungen bei der Verarbeitung pulverförmiger Hartlote besteht die Arbeitshypothese, dass unter gänzlich sauerstofffreien Bedingungen innerhalb weniger Sekunden das schichtbildende Auftragsintern bzw. Auftraglöten pulverförmiger Lotwerkstoffe auf desoxidierten Stahloberflächen möglich ist. Als Schichtwerkstoffe werden im ersten Bearbeitungszeitraum NiCrP-Hartlotlegierungen eingesetzt, die von ihrer Härte, Korrosionsbeständigkeit und ihren Schmelzbereichen geeignet sind. Aufgrund sich ändernder Oberflächenzustände bei einer Erwärmung auf 930 °C innerhalb weniger Sekunden liegt die Herausforderung in der Realisierung einer haftfesten, fehlerfreien Beschichtung mit homogener Dicke. Eine weitere Herausforderung ist die Einstellung von Schichteigenschaften und Prozessparametern im Hinblick auf die nachfolgende temperierte Umformung im Formhärteprozess, sodass kein Schichtversagen auftritt. Die zentrale Fragestellung zielt auf die Kenntnis und Steuerung des Umformverhaltens geeigneter Beschichtungen im spezifischen Prozessfenster des Formhärtens in Kombination mit dem Einfluss der Desoxidation auf die Oberflächen- und Schichteigenschaften ab. Im Rahmen des Arbeitsprogramms dient eine silandotierte Stickstoffatmosphäre während der Erwärmung zur Desoxidation der Blechoberfläche als Voraussetzung für eine metallurgische Anbindung des pulverförmigen Zusatzwerkstoffs. Die Blechtemperatur von 930 °C liefert die Prozesswärme für das Sintern und die Anbindung der Schicht. Die Schicht muss nach einer definierten Abkühlung auf ca. 870 bis 900 °C erstarren und im Temperaturbereich von ca. 600 bis 800 °C während des Formhärtens eine ausreichende Duktilität für die Umformung aufweisen, was ein angepasstes Temperatur-Zeit-Regime erfordert. Für die Untersuchungen wird eine vorhandene konduktive Erwärmungsanlage modifiziert und die Möglichkeit des Pulverauftrags in silandotiertem Stickstoff geschaffen. Zusätzlich wird eine uniaxiale Streckvorrichtung konzipiert, die das Umformen der beschichteten Probe direkt in der Erwärmungsanlage ermöglicht, um mit dieser die für das Formhärten wichtigen thermomechanischen Eigenschaften beschichteter Bleche in situ untersuchen und ein Grundlagenverständnis erarbeiten zu können. Begleitend hierzu wird ein analytisches Modell entwickelt, mit dem die Umformbarkeit der Schicht in Abhängigkeit der verwendeten Werkstoffe und Parameter abgebildet werden kann. Nach Kenntnis des hieraus gewonnenen Prozessfensters werden Formhärteversuche mit bauteilähnlichen Blechgrößen an einem Demonstrator durchgeführt.