Elektronenstrahl-Profilieren und -Umschmelzverbinden zur Verbesserung der Belastbarkeit von thermischen Spritzschichten* Translated title: Improvement of the Load-Bearing Capacity of Thermal Spray Coatings in Combination with Electron Beam Profiling and Electron Beam Remelt-Bonding

Kurzfassung

Das thermische Spritzen kommt in verschiedenen Applikationsfeldern zur Anwendung. Eine breite Palette an möglichen Beschichtungswerkstoffen und Verfahrensvarianten ermöglicht einen beanspruchungsgerechten Technologieeinsatz. Die ständig steigenden Anforderungen bezüglich der Bauteilbelastung (Verschleiß in Verbindung mit Zug, Druck, Torsion und Scherung) stellen auch für thermische Spritzschichten neue Herausforderungen dar. Das Ziel eines Forschungsvorhabens war die Verbesserung der Belastbarkeit von thermischen Spritzschichten auf Stahl- und Aluminiumsubstraten. Dazu wurden das Elektronenstrahl (EB)-Profilieren vor dem Spritzen und das lokale EB-Umschmelzverbinden nach dem Spritzen untersucht. Auf dem Substratwerkstoff AlSi35 konnte mithilfe des EB-Profilierens vor dem thermischen Spritzen durch die Erzeugung von definierten Profilmustern im Vergleich zu nicht profilierten Substraten eine deutliche Steigerung der Belastbarkeit nachgewiesen werden. Das lokale EB-Umschmelzverbinden als EB-Behandlung nach dem thermischen Spritzen bewirkt eine lokale metallurgische Anbindung der Spritzschicht an das Substrat (X2CrNiMo22-5-3). Es konnten sehr gute Ergebnisse mit Co-Basis Spritzschichten in Verbindung mit der EB-Behandlung erreicht werden.

Abstract

Thermal spray coating is used in a wide range of applications. A variety of coating materials and thermal spraying processes facilitate the use of these technologies in improving the load-bearing capacity of components. However, steadily increasing requirements with respect to component loading conditions present new challenges for thermal spray coatings. The aim of this research project is to increase the load-bearing capacity of thermal spray coatings deposited onto steel or aluminium substrates, using electron beam surface profiling as a pre-treatment or EB surface remelt-bonding as a post-treatment in association with the thermal spraying process. EB profiling creates lateral patterns of indentations with a defined geometry on the substrate surface before the deposition of the spray coating. It is shown that on AlSi35, specific indentation geometries significantly improve the shear strength of the coatings compared to substrates without profiling. As a post-treatment, EB surface remelt-bonding used to improve the metallurgical bonding of thermal spray coatings to the respective substrate material (X2CrNiMo22-5-3). High-quality results were obtained using Co-based spray coatings in association with EB treatment.