Additive Oberflächenbeschichtung Neues Verfahren verbindet draht- und pulverbasiertes Laserauftragschweißen

Redakteur: Dipl.-Ing. Dorothee Quitter

Sollen Schutzschichten auf stark beanspruchte Werkstücke aufgebracht oder Oberflächendefekte kostengünstig repariert werden, bietet sich das Laserauftragschweißen (LMD) an. Nun wurde eine hybride Variante des Verfahrens entwickelt, bei der zeitgleich Draht und Pulver verarbeitet wird. Wichtige Materialeigenschaften wie Härte und Zähigkeit können so gezielt eingestellt werden.

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Die am Fraunhofer IPT getestete Kombination von Draht und Pulver führte zu Härtesteigerungen des Werkstoffs von bis zu 30 Prozent.
Die am Fraunhofer IPT getestete Kombination von Draht und Pulver führte zu Härtesteigerungen des Werkstoffs von bis zu 30 Prozent.
(Bild: Fraunhofer IPT)

Additive Fertigungsverfahren wie das Laserauftragschweißen (LMD) werden eingesetzt, um Bauteile zu fertigen oder lokal zu optimieren. Beim LMD wird ein Laserstrahl auf die Bauteiloberfläche fokussiert; gleichzeitig wird ein Zusatzwerkstoff – üblicherweise als Pulver oder Draht – zugeführt und aufgeschmolzen. Wissenschaftler des Fraunhofer IPT haben nun gemeinsam mit internationalen Projektpartnern eine hybride Variante des Laserauftragschweißens entwickelt. Durch die Hinzugabe von Hartstoffpartikeln in Pulverform zu dem Drahtwerkstoff gelang es dem Team nach eigenen Angaben erstmals, wichtige Materialeigenschaften wie Härte und Zähigkeit der aufgetragenen Schichten gezielt einzustellen. Zudem sei das Verfahren deutlich kostengünstiger als ein reiner Pulverprozess und biete eine größere Materialflexibilität als ein reiner Drahtprozess.

Individuelle Werkstoff-Kombinationen möglich

Als Drahtmaterialien für die praktischen Versuchsreihen wählten die Forschenden einen Warmarbeitsstahl mit guter Gefügestabilität sowie einen niedrig legierten Stahl, der sich gut schweißen lässt. Als Pulverwerkstoffe setzten sie Chrom (Cr) als Karbidbildungs- und Kornfeinungselement sowie Titancarbid (TiC) als Hartphase ein. Durch die Kombination von Draht und Pulver konnte laut Fraunhofer IPT die Werkstoffzusammensetzung für jede Anwendung flexibel angepasst werden. So wurde durch die Zugabe kleiner Mengen Titancarbid die Mikrostruktur der Werkzeugstähle gezielt verändert und die Härte der aufgebrachten Schichten bis zu 30 Prozent gesteigert. Weitere Materialsysteme mit speziellen Eigenschaften sollen hinzukommen. Geplant ist der Einsatz des hybriden Verfahrens zur Bearbeitung von Umformwerkzeugen oder zur Behandlung von Reibverschleißschichten von Hydraulikkomponenten.

Gradierte Schichtsysteme abbildbar

Derzeit wird der Einsatz des hybriden LMD-Prozesses für die Herstellung gradierter Schichtsysteme getestet. Dafür soll der Titancarbid-Gehalt des Werkstoffgemischs so weit wie möglich steigert werden. Da Titancarbid hohe Eigenspannungen verursachen kann, die die Rissanfälligkeit beim Schweißen erhöhen können, möchte das Forschungsteam den TiC-Gehalt Schicht für Schicht individuell anpassen.

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