Ausgangslage
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IW
Das Teilprojekt verlegt konventionelle thermische Spritzprozesse in silandotierte Inertgasatmosphären mit dem Ziel, oxidfreie Schichten mit einer neuartigen Qualität von Grenzflächenübergängen zu erzeugen. In der ersten Förderperiode konnte am Beispiel des Zweidrahtlichtbogenspritzprozesses nachgewiesen werden, dass durch das Verlegen des Beschichtungsprozesses in eine XHV-adäquate Prozessatmosphäre Voraussetzungen geschaffen werden, die stoffschlüssige Grenzflächenübergänge der einzelnen Schichtlagen ermöglichen. Dabei zeigt sich, dass der oxidfreie Grenzflächenübergang der einzelnen Spritzpartikel zu oxid- und spaltfreien Schichten führt. Dies hat zur Folge, dass die Bildung von Poren unterdrückt bzw. deutlich reduziert wird. Zudem kann durch das Verlegen des Oberflächenaktivierungsprozesses (Korundstrahlen) in die XHV-adäquate Umgebung die benetzungshemmende native Oxidschicht der Substratoberfläche entfernt und ihre Neubildung aufgrund der praktischen Abwesenheit von Sauerstoff in der Prozessatmosphäre unterdrückt werden. Hierdurch werden die Voraussetzungen geschaffen, die eine vollständige Benetzung der auftreffenden Spritzpartikel auf der Substratoberfläche gewährleisten, so dass die Entstehung eines Grenzflächenspaltes zwischen Schicht und Substratoberfläche unterbunden wird. Dadurch lassen sich stoffschlüssige Grenzflächenübergänge mit chemisch-metallurgischer Anbindung erzeugen.
Somit lässt sich aus der ersten Förderperiode folgende zentrale Erkenntnis formulieren: Durch das Verlegen der gesamten Prozesskette des Thermischen Spritzens in eine XHV-adäquate Prozessatmosphäre wird beim Lichtbogenspritzen erstmals ein dominierend hohes Maß an Flächenanteilen mit stoffschlüssigen Bindungsmechanismen ermöglicht. Aufgrund der stoffschlüssigen Grenzflächenübergänge am Schicht-Substrat-Interface sowie der einzelnen Splats ergeben sich im Vergleich zu konventionell applizierten Schichten erheblich höhere Haftzugfestigkeitswerte. Somit ist die zentrale Arbeitshypothese der ersten Förderperiode nachgewiesen.
Ziele
Anhand der gewonnenen Erkenntnisse aus der ersten Förderperiode lässt sich für die zweite Förderperiode folgende zentrale Arbeitshypothese formulieren: Durch die Verlegung des thermischen Beschichtungsprozesses in eine XHV-adäquate Inertgasatmosphäre lassen sich thermisch gespritzte Schichten auf eine neuartige Weise funktionalisieren und das Anwendungsgebiet thermischer Spritzschichten erweitern. So erweitern die verbesserten adhäsiven sowie chemisch-metallurgischen Bindungsmechanismen u. a. die Anwendbarkeit in den Bereichen Korrosions- und Verschleißschutzschichten, vor allem bei werkstoffaufbauenden Reparatur- sowie Implantatbeschichtungen. Demgegenüber werden auch technologische Verbesserungen für die Weiterentwicklung des Verfahrens der Schichttransplantation erwartet. Neben den höheren Festigkeiten und (bei einigen Schichtwerkstoffen) der Reduzierung von Eigenspannungen wird insgesamt gesehen ein größeres Spektrum an weiteren Schichteigenschaften erzielt werden können, wie erweiterte Einstellbereiche der Schichtdicke, Porosität, Dichte, Duktilität und/oder Härte bzw. Zähigkeit.
Veröffentlichungen
Zeitschriftenbeiträge, begutachtet
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(2024): Arc spraying in silane-doped argon: Widening the material spectrum in oxygen-free process zones, Thermal Spray Bulletin, pp. 56–61
DOI: 10.53192/TSB20240156 -
(2023): Thermal spraying in oxygen-free environment: Meltoff and atomisation behaviour of twin-wire arc spraying processes in silane-doped inert gases, Thermal Spray Bulletin 16, pp. 24–30
DOI: 10.53192/TSB20230124 -
(2022): Young’s Modulus and Residual Stresses of Oxide-Free Wire Arc Sprayed Copper Coatings, Coatings 12, p. 1482
DOI: 10.3390/coatings12101482 -
(2022): Oxide Free Wire Arc Sprayed Coatings—An Avenue to Enhanced Adhesive Tensile Strength, Metals 12, p. 684
DOI: 10.3390/met12040684 -
(2021): Thermal spraying in silane-doped shielding gases: A new approach for innovative coatings in controlled process atmospheres, Thermal Spray Bulletin 14, pp. 120–127
Dissertationen
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(2024): Thermisches Spritzen in silandotierten Schutzgasatmosphären zur Erzeugung stoffschlüssiger Grenzflächenübergänge, Dissertation. Leibniz Universität Hannover
ISBN: 978-3-95900-988-1
Konferenzbeiträge, nicht begutachtet
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(2024): A new approach for the application of highly reactive metals, In: DVS (Hg.): International Thermal Spray Conference (ITSC) Proceedings: DVS Media GmbH, pp. 278–283
DOI: 10.31399/asm.cp.itsc2024p0278 -
(2023): Potentiale und Eigenschaften des Lichtbogenspritzens in silandotierten Inertgasen, In: Clausthaler Zentrum für Materialtechnik (Hg.): Tagungsband 4 . Symposium Materialtechnik. Düren: Shaker Verlag.
DOI: 10.21268/20230711-3
ISBN: 978-3-8440-9105-2 -
(2022): Sauerstofffreie Produktion in fünf von sechs Fertigungshauptgruppen, In: Königstein, T., Wank, A. (Hg.): Tagungsband 8. GTV Kolloquium Thermisches Spritzen & Laser Cladding. Lückenbach: GTV Verschleißschutz GmbH, pp. 31–41
ISSN: 1610-0530 -
(2022): Potentials of thermal spraying processes in silane-doped inert gases, In: DVS (Hg.): International Thermal Spray Conference and Exhibition (ITSC) 2022. Düsseldorf: DVS Media GmbH, pp. 199–204.
DOI: 10.31399/asm.cp.itsc2022p0199 -
(2021): Stoffschlüssige Grenzflächenübergänge beim thermischen Beschichten mit Lichtbogen- und Plasmaspritzprozessen, In: Clausthaler Zentrum für Materialtechnik (Hg.): Tagungsband 4 . Symposium Materialtechnik. Düren: Shaker Verlag, pp. 258–268
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(2021): Sauerstofffreie Produktion: Von der Vision zur Anwendung, In: Bobzin, K. (Hg.): Schriftenreihe Oberflächentechnik: 15. Aachener Oberflächentechnik Kolloquium 2021. Aachen: Shaker Verlag, pp. 17–26
Verschiedenes
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(2023): Advantages of oxygen-free wire-arc sprayed titanium coatings (Vortrag), DPG-Frühjahrstagung der Sektion Kondensierte Materie, Dresden 26.03.-31.03.2023
Teilprojektleiter
58453 Witten
58453 Witten
Teilprojektbearbeiter
58453 Witten
58453 Witten
