Oberflächenbeschichten Hoch verschleißbeständige Beschichtung aus Stahl und Keramik

Der RUB- Maschinenbauer Dr.-Ing. Sebastian Weber kombiniert nur die besten Eigenschaften von Stahl und Keramik im Sintercladding-Verfahren. Für seine Entwicklung erhielt er den Werkstoff-Innovationspreis 2009 von ThyssenKrupp.

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Sembach GmbH & Co. KG

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Heraeus AMLOY Technologies GmbH

Ruhr-Universität Bochum

„Zäh wie Stahl und hart wie Keramik“ sind die hoch verschleißbeständigen Beschichtungen, hergestellt aus Pulvern im so genannten Sintercladding. Das Ergebnis birgt ein enormes Sparpotenzial, fallen doch in Deutschland jedes Jahr Bauteile im Wert von 60 Milliarden Euro dem Verschleiß zum Opfer.

Etabliert, aber teuer: HIP

Beim heiß-isostatischen Pressen - HIP oder HIP-Verfahren genannt - vermischen sich ein beliebiges Stahl- und ein genauso beliebig wählbares Keramikpulver. Diese Pulvermischung wird anschließend in eine Kapsel gefüllt, die evakuiert und anschließend zugeschweißt wird. Bei einem Druck von etwa 1000 bar und einer Temperatur von 1150°C entsteht aus den beiden Pulvern ein zu 100 Prozent dichter Werkstoff, ohne dass dabei eine Komponente flüssig ist. Im Gegensatz zum HIP ist das klassische Schmelzen und Gießen von Stahl wesentlich kostengünstiger. Allerdings sind die Kombinationsmöglichkeiten von Keramik und Stahl beim Schmelzen stark eingeschränkt.

Die Lösung: Sintern mit Flüssigphase

Beim Sintercladding entfällt das isostatische Pressen bei hohem Druck. Da der Druck aber für die Verdichtung des Pulvers sorgt, braucht man einen Ersatz - eine flüssige Phase, indem man die Temperatur von vorher 1150°C auf etwa 1250°C erhöht. Dabei schmilzt ein Teil des Stahlpulvers auf, die Keramik jedoch nicht. Durch die engen Pulverzwischenräume entstehen große Kapillarkräfte, die die flüssige Phase gleichmäßig im Bauteil verteilen. Da die flüssige Phase das Pulvergemisch auch beweglicher macht, reichen die Kapillarkräfte aus, um das Bauteil vollständig zu verdichten. Erwärmt man die Pulvermischung nun gemeinsam mit einem massiven Grundkörper (Substrat), so lassen sich auf einfache Art und Weise dicke, verschleißbeständige Schichten herstellen.

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