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Neuartige Methode zur Erzeugung hochverschleißfester Randschichten auf Titanlegierungen

 
: Bonß, S.; Brenner, B.; Scheibe, H.J.; Franke, R.; Haase, I.

Deutsche Gesellschaft für Materialkunde e.V. -DGM-, Oberursel:
Deutsche Gesellschaft für Materialkunde. Hauptversammlung 1997
Oberursel: DGM, 1997
S.210
Deutsche Gesellschaft für Materialkunde (Hauptversammlung) <1997, Braunschweig>
Deutsch
Konferenzbeitrag
Fraunhofer IWS ()
arc; Bogenverfahren; diamantähnlicher Kohlenstoff; diamond like carbon; gas alloying; Gaslegieren; laser; Oberflächenhärte; OLC; surface hardening; Titan; titanium; Verschleiß; wear

Abstract
Titan und Titanlegierungen besitzen hervorragende Eigenschaften wie hohe spezifische Festigkeit, gute Biokompatibilität und chemische Beständigkeit gegen aggressive Medien. Daraus begründet sich ihr Einsatz vor allem in Luft- und Raumfahrt, Medizin und in der chemischen Industrie. Nachteil dieser Titanlegierungen ist ihr geringer Widerstand gegenüber Abrasiv- und Gleitverschleiß. Das Lasergaslegieren mit Stickstoff eröffnet die Möglichkeit, hochverschleißfeste Randschichten auf Titanlegierungen zu erzeugen. Nachteile der bisherigen Methoden bestehen jedoch darin, daß eine Rißbildung bei höheren Härten auftritt und daß der Gleitreibungskoeffizient sehr hoch ist, wodurch diesem Verfahren wichtige Anwendungsfelder verschlossen bleiben. Eine wesentliche Ursache für die Rißbildung besteht, neben der Ausbildung sehr hoher transienter Zugspannungen während der Abkühlphase, in dem mit dem herkömmlichen Lasergaslegieren nicht zu gewährleistenden Ausschluß von Luftsauerstoff. Insbesondere bei de r Behandlung von dreidimensionalen Bauteilen oder von Kanten kann ein Luftzutritt nicht ausgeschlossen werden. Ein Lasergaslegieren in einer abgeschlossenen Inertgaskammer verteuert dagegen den Prozeß unverhältnismäßig. Grundlage der neuen Verfahrensentwicklung ist eine einfache, patentierte Schutzgasglocke, die durch den Luftkisseneffekt über einer Grundplatte schwebt. Mit ihr kann unter Beibehaltung guter Zugänglichkeit für den Laserstrahl und einfacher Realisierung der 3-D-Bauteilbewegung der Ausschluß von Luftsauerstoff garantiert werden. Da die gesamte Atmosphäre der Schutzgasglocke aus dem eingestellten Arbeitsgas (N2 - Ar - Gemisch variablen N2 - Gehaltes) besteht, braucht der Gasstrahl nicht wie bisher direkt in die Schmelze gerichtet zu werden, was durch Verringern der Abschreckwirkung eine Erhöhung der für die Rißbildung kritischen Härtewerte erlaubt. Damit gelingt es, rißfreie Spurmuster mit Härten zwischen 400 HV0.1 und 1100 HV0.1 zu erzeugen. Die Dicke der Schicht kann von 0,1 bis 1,5 mm variiert werden. Dadurch ist es möglich, die Schicht dem vom Anwender geforderten Belastungsfall anzupassen. In Gleitverschleißuntersuchungen (Kugel-Scheibe, ungeschmiert) wurde nachgewiesen, daß die Verschleißrate etwa um das Zehnfache gegenüber dem unbehandelten Material gesenkt werden konnte. Durch zusätzliches Aufbringen einer diamantähnlichen Kohlenstoffschicht (DLC) gelingt es, den Gleitreibungskoeffizienten um den Faktor 10-20 zu senken. Die DLC-Schicht wird dazu mit dem im Fraunhofer IWS entwickelten Laser-Arc-Verfahren aufgebracht. Durch diese Verfahrenskombination läßt sich ein für viele Gleitverschleißbelastungen sehr gut geeigneter gradierter Schichtaufbau aus einer dünnen aber extrem harten DLC-Schicht, einer harten und 0, 1 - 1,5 mm tiefen Lasttragschicht und einer darunter liegenden duktilen Matrix realisieren. Ebenfalls sehr gute Verschleißbedingungen konnten bei Abrasivverschleiß- bzw. Schmiergleitverschleißbelastung nachgewiesen werden. Nach einer Besp rechung der verfahrenstechnischen Gesichtspunkte wird im Vortrag insbesondere der Einfluß des Gefüges auf das tribologische Verhalten analysiert.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/PX-25582.html