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Neu geschmiedet

Boridische Hochleistungsschichten haben eine Prozesskette

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Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST Bibliothek

Eine neu entwickelte Gasborieranlage hilft mit

Darüber hinaus steht am Standort des IST auch eine komplett neu entwickelte Gasborieranlage zur Verfügung, wie die Forscher wissen lassen. Sie erlaube die Entwicklung und Optimierung von Diffusionsprozessen mit dem Element Bor aus der Gasphase, was unter Nutzung von Bortrichlorid (BCl₃) bei bis zu 1050 °C geschehe. Im Gegensatz zu feststoff- oder pastenbasierten Verfahren bietet das Gasphasenborieren demnach entscheidende Vorteile: Die Boraktivität und das Schichtwachstum lassen sich dabei nämlich über die Gaszusammensetzung in der definierten Zugabe von Wasserstoff und Stickstoff präzise steuern, erklären die Wissenschaftler. Das erlaube eine sehr genaue Prozessführung und erhöhe die Reproduzierbarkeit. Zugleich kommt das Verfahren ohne Plasmaanregung aus, was die Anlagentechnik vereinfacht und Investitionskosten reduziert, heißt es weiter.

Die Vorteile der Gasborierung von Werkzeugen

Die so entstehenden Diffusionsschichten zeichnen sich außerdem durch eine gute Werkstoffanbindung und, wie betont wird, herausragende tribologische Eigenschaften bei hohen Temperaturen aus. Bei vielen technischen Anwendungen werden so der Verschleiß verzögert und Wartungsintervalle oder die Zeit bis zu einem Werkzeugwechsel verlängert. Nach dem Borieren werden bei Stahlwerkstoffen durch Härten und Anlassen die mechanischen Eigenschaften des Grundwerkstoffs optimal eingestellt und durch Phasenumwandlungen weitere Härtesteigerungen erreicht, so die Forscher des IST. Wenn es sich um Nickelbasiswerkstoffe handelt, lassen sich übrigens auch Wärmebehandlungsschritte zum Ausscheidungshärten integrieren – ein Nachhärten ist damit nicht erforderlich. Weitere Werkstoffklassen wie CoCrMo-, oder Mo-Legierungen ließen sich ebenso problemlos Gasborieren.

Trockenes Elektropolieren als Ergänzung

Braucht es eine Hochglanzpolitur oder die gezielte Einstellung der Oberflächentopografie, so kann die Prozesskette um das trockenes Elektropolieren erweitert werden. Das Verfahren eigne sich sowohl zum Polieren komplexer Geometrien für die nachfolgende Oberflächenbehandlung als auch für das Oberflächenfinish von zuvor applizierten Schichten. Dabei ließn sich sehr hohe Oberflächenqualitäten reproduzierbar erzielen – je nach Werkstoff und Ausgangszustand – bis in den Bereich von Rz ≤ 0,5 Mikrometer. Eingesetzt wird dafür ein trockenes Elektrolytgranulat mit nur geringem Säurefaktor, wodurch sich das Verfahren im Vergleich zu nasschemischen Methoden durch eine gute Automatisierbarkeit, geringem Materialabtrag und einer auszeichnet.

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