Verschleißschutz Mit Pulver jede Geometrie vor Verschleiß schützen

Wenn die Bauteile in ihrer Geometrie sehr komplex sind, etwa bei Zahnrädern oder der Innenseite von gebogenen Rohren, dann wird es mit der Beschichtung gegen Verschleiß schwierig. Abhilfe schafft dabei das Zusammenführen zweier bewährter Verfahren.

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• Mittels pulvermetallurgischem Verbundguss lässt sich eine Verschleißschutzschicht in beliebiger Dicke und Geometrie aufbringen.

• Außer dem Verschleißschutz kann die Beschichtung weitere Aufgaben übernehmen.

• Besonders bei komplexen Bauteilgeometrien kann sich das Verfahren ab dem ersten Bauteil rechnen.

Zurzeit existiert kaum ein Verfahren, das wirtschaftlich eine Verschleißschutzbeschichtung bei komplexen Geometrien ermöglicht, erläutert Julian Hasselmann, Maschinenbau-Masterstudent an der FH Münster, laut einer Mitteilung der Hochschule. Solch ein Verfahren will das Team vom Werkstofflabor um Prof. Jürgen Peterseim entwickeln – „einfach, gut und günstig“.

Feingießen und Verbundgießen ergeben passende Verschleißschutzschicht

In seiner Arbeit hat Hasselmann zwei etablierte Verfahren vereint. Zunächst wird durch das Feingießen die Geometrie der zukünftigen Beschichtung abgebildet. Basierend auf einer CAD-Datei wird die spätere Beschichtungsgeometrie per 3D-Druck hergestellt und auf dem Substrat angebracht sowie mit Zugängen versehen. Daraufhin umgießt er die Kombination mit einer keramischen Formmasse. Diese Form brennt Hasselmann dann im Ofen. Zum Schluss stehen Kavitäten für das Beschichtungsmaterial zur Verfügung.

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Danach folgt Schritt zwei, der pulvermetallurgische Verbundguss: Hasselmann lässt Pulver in die Form rieseln und schmilzt es ein. Die Masse füllt die Hohlräume und hinterlässt abgekühlt eine 1 bis 5 mm dicke Beschichtung. „Als Verbundgusswerkstoff wurde eine Verschleißschutzlegierung auf Basis von Nickel mit definierten Anteilen von Chrom, Bor, Silizium und weiteren Elementen verwendet. In Folgearbeiten konnten ebenfalls Beimengungen unterschiedlicher Carbide umgesetzt werden. Eine Erweiterung auf eisenbasierte Legierungen ist insbesondere aus Kostengründen als zukünftiges Ziel zu benennen“, erläutert Peterseim auf Anfrage von MM Maschinenmarkt.

Für hitzefeste Substrate

Das Einschmelzen der metallischen Partikelfüllung erfolgt nach seinen Angaben in einem Temperaturbereich von 1000 bis 1100 °C. Diese hohe Prozesstemperatur sorgt auch dafür, dass Werkstoffe mit geringerer Temperaturstabilität wie Aluminiumlegierungen oder Polymere als Substrate nicht infrage kommen. Dafür eignen sich Stähle oder auch Nickelbasislegierungen jeglicher Zusammensetzung.

Vorteil des neuen Verfahrens ist laut Peterseim, dass es die Beschichtung eines Substrates in nahezu beliebiger Schichtdicke und Geometrie ermöglicht. „Hierbei kann eine komplex geformte Beschichtung aufgebracht werden, welche neben der eigentlichen Verschleißschutzwirkung auch eine weitere formgebundene Funktion aufweist, zum Beispiel Strömungsführung, Separierung oder Zerkleinerung von Fördergütern“, berichtet der Forscher gegenüber unserer Redaktion.

Wirtschaftlichkeit gefordert

Bei all den Qualitätsansprüchen sollte das neue Verfahren aber auch leicht umzusetzen und wirtschaftlich sein. „Je einfacher man den Ablauf gestalten will, desto komplexer wird die Entwicklung“, sagt Tobias Schniedermann, Doktorand im Team. Bislang sind auf dem Weg zum Prototypen noch keine hohen Anlagenkosten nötig und das Team kann an Atmosphärenluft und somit ohne Vakuum oder Schutzgas arbeiten. Als großes Ziel schwebt über allem die Patentanmeldung. „Damit auch der Metallbauer um die Ecke das Know-how dafür bekommt“, sagt der Professor.

Eine Begrenzung auf eine Mindestlosgröße sieht Peterseim nicht. „Bei vielen industriellen Verschleißproblemstellungen übersteigen die Rüstkosten durch Maschinenstillstand oder Aus- und Einbau verschlissener Teile die Kosten des eigentlichen Verschleißteiles um ein Vielfaches“, erläutert er gegenüber MM Maschinenmarkt. Besonders bei sehr komplexen Bauteilgeometrien könne das Verfahren bereits ab dem ersten Bauteil rentabel werden – besonders, wenn herkömmliche Methoden an die Grenzen des Möglichen stoßen.

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