Werkstoffe – Entwicklungen und Perspektiven für zukünftige Anwendungen

Werkstoffe 09. 01. 2014
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Bericht über das 16. Werkstofftechnische Kolloquium und die 10. Industriefachtagung Oberflächen- und Wärmebehandlungstechnik am 5. und 6. September 2013 in Chemnitz

Verschleiß und thermomechanische Behandlung

Randschichtbehandlung

Anne Jung betrachtete im Themenblock Verschleiß und thermomechanische Behandlung die Elektronenstrahl-Randschichtbehandlung für die Herstellung von verschleißbeständigen Auftragsschichten auf nichtrostenden Stählen. Die untersuchten Stähle zeigen zwar eine gute Korrosionsbeständigkeit, sind aber anfällig gegen Verschleiß. Als Grundwerkstoffe wurden ein Duplexstahl und ein austenitischer Stahl verwendet. Darauf wurden ein Eisenbasiszusatzstoff und ein Kobaltbasiszusatzstoff aufgetragen, indem der Stoff mittels Draht zugeführt und durch den Elektronenstrahl aufgeschmolzen wurde. Das Substrat wurde hierzu in Rotation versetzt und somit eine geschlossene Schicht erhalten.

Durch die Behandlung entsteht eine leicht schuppige, aber riss- und porenfreie Schicht mit sehr guter Anbindung an das Substrat. Bei einlagiger Auftragung liegt die Schicht bei etwa zwei Millimeter bis drei Milli­meter. Der Auftrag mit der Eisenbasis zeigt eine gleichmäßige Verteilung, während bei der Kobaltbasis die Elemente in Zonen mit höherer und niederer Konzentration vorliegen. Die Härten der Kobaltbasis reichen bis zu 500 HV0,3, wogegen die der Eisen­basis im Bereich von 300 HV0,3 liegen. Damit wurde die Härte um den Faktor 2 bis 2,5 erhöht.

Bei der Betrachtung der Verschleißbeständigkeit wird durch den Eisenbasisstoff eine deutliche Verbesserung gegenüber dem Substrat erzielt, die bei Einsatz von Kobalt weniger positiv ausfällt. Die Korrosionsbeständigkeiten werden durch die Beschichtungen nicht verändert oder sogar geringfügig verbessert.

Verschleißbeständige Beschichtungen

Daniel Serafinski stellte ein Verfahren vor, mit dem dicke Schichten, so genannte­ Panzerungen, hergestellt werden. Hier steht die Reduzierung der Kosten bei hoher Standzeit der Beschichtungsanlagen im Vordergrund. Das Verfahren basiert auf induktiver Erwärmung und ist gerichtet auf Schichten ab einigen Millimetern Dicke; es konkurriert mit dem Auftragsschweißen. Mit dem induktiven Verfahren wird gegenüber dem Auftragsschweißen die thermische Belastung des Grundwerkstoffs verringert.

Das induktive Verfahren ermöglicht das sichere Verschmelzen mit dem Substrat, ohne sich zu sehr mit dem Grundmaterial zu vermischen. Allerdings sind nur elektrisch leitende Beschichtungsmaterialien verwendbar, wobei nichtmetallische Hartstoffe zusetzbar sind. Aufgrund dieser Freiheiten sind auch die Eigenschaften der Beschichtung in einem weiten Bereich variierbar.

Korngrößenentwicklung beim Erwärmen

Die Korngrößenentwicklung beim Erwärmen von Stahl am Beispiel von 42CrMo4 war das Thema von Pierre Schulze. Zwar ist der Einfluss der Korngrößen von Stählen auf die mechanischen Eigenschaften bekannt, allerdings werden nach Aussage von Schulze die Aufheiz- und Abkühlphase bei fast allen Untersuchungen nicht berücksichtigt. Problematisch bei einer derartigen Betrachtung ist das Fehlen von mathematischen Beziehungen. Deshalb wurde die Arrheniusgleichung, die eigentlich für konstante Temperaturen gilt, so modifiziert, dass sie die Temperaturänderung in kleine Einzelschritte zerlegt, das heißt kurze zeit­liche Betrachtungen.

Diese Überlegungen wurden in Versuche mit Aufheizraten bis 100 K/s und einer Erfassung der Korngrößen umgesetzt. Dabei konnte nachgewiesen werden, dass die Aufheizgeschwindigkeit einen erkennbaren Unterschied bei den Korngrößen bewirkt. Sowohl mit der Aufheizgeschwindigkeit als auch mit der eingestellten Endtempera­tur steigt die Korngröße. Mit diesen Ergebnissen wurde eine Modellierung vorgenommen und ein Modell erstellt, das die Rea­litäten besser widergibt, als das bisher verwendete nach Denis. Mit dem neuen Modell lässt sich die Korngrößenverteilung in einem Bauteil voraussagen. In weiteren Untersuchungen sollte es auch möglich sein, die Korngrößen beispielsweise mit der Härte zu koppeln.

Elektroimpulsverdichten

Jeannette Grüning befasste sich bei der Herstellung von Implantaten mit der Technologie des Elektroimpulsverdichtens von Titanpulvern. Bei dieser Technologie wird durch die Entladung von Kondensatoren ein Strom von bis zu 60 kA freigesetzt und ein vorgepresster Rohling in einer Spule durch impulsmäßiges Aufschmelzen verfestigt. Das Pulver mit Körnungen zwischen 0,85 Millimeter und zwei Millimeter wird in einem Kupferrohr vorverdichtet und durch den Stromimpuls durch das Kupferrohr geschmolzen. Es treten hierbei deutliche Unterschiede bei der Porosität zwischen Rand- und Kernbereich des erzeugten Titanmaterials auf. Zusätzlich macht sich die Höhe des Impulsstroms bemerkbar.

Die Untersuchungen ergaben, dass eine Optimierung aus Korngröße und Entlade­strom zu finden ist, um die Härte und Porosität der hergestellten Titankörper im gewünschten Maße einstellen zu können. Mit dem Verfahren gelingt es, ein endkon­turnahes Bauteil herzustellen.

Optimierung des Werkzeugs beim Strangpressen

Mit der Anlagentechnik und der wirtschaftlichen und technischen Betrachtung von Strangpresswerkzeugen befasste sich Franziska Herold. Kernpunkt ist hier die Bewertung der Prozesskette, die in der Regel in einzelne Prozessebenen aufgeteilt werden kann. Der kritische Punkt beim Strang­gießen ist die so genannte Büchse, welche durch die hohe thermische Belastung in ­ihrer Festigkeit nachlässt und beispielsweise Risse aufweisen kann. Die Büchse muss getauscht und nachgearbeitet werden. Dies erfolgt in verschiedenen Arbeitsschritten, die bei der angestellten Betrachtung bewertet und optimiert wurden. Dadurch wird unter anderem erkennbar, wann eine Neubeschaffung von Werkzeugen einer ­Reparatur vorzuziehen ist.

Zwischenschicht für thermische Spritzschichten

Den Einfluss von PVD-Aluminiumzwischenschichten auf die Eigenschaften von thermisch gespritzten Schichten nach alternierender thermischer Belastung erläuterte Ibrahim El-Arby M. Ali, dessen Arbeit im Rahmen der Tagung mit einem Preis gewürdigt worden war. Die betrachteten Zwischenschichten kommen beispielsweise für Leitschaufeln in Gasturbinen zum Einsatz, um eine gute Haftung von Barriereschichten zur thermischen Isolierung zu gewährleisten und die Oxidation des Substrats zu verhindern. Beim Grundmaterial kommen häufig Nickelsuperlegierungen zum Einsatz und die thermischen Schutzschichten bestehen aus Keramiken. Hierfür wurde eine dünne Aluminiumschicht zwischen zwei Keramiklagen verwendet. Unter thermischer Belastung bildete sich daraus eine Lage aus Kobalt-Aluminium-Oxid, welche den Angriff des darunter liegenden Materials wirkungsvoll verringern kann. Dabei ist die Verteilung des aufgebrachten Aluminiums nicht homogen und mit ein Mikrometer bis zwei Mikrometer relativ dünn.

Des Weiteren zeigte die Beschichtung mit Aluminium eine Reduzierung der Risszahl in der über dem Aluminium liegenden Keramikschicht. Die gute Wirkung der Zwischenschicht beruht auf der Bildung von Aluminiumoxid. Insbesondere wird durch die Zwischenschicht die Neigung zur Spaltbildung und damit zum Abblättern verringert. Die reduzierte Bildung von Rissen in der äußeren Schicht wird der Verringerung der Zugspannung durch die Aluminiumschicht zugeschrieben.

Auftragwirkungsgrad

Birger Hussong befasste sich in seiner Arbeit mit der Verbesserung des Auftrag-
­wirkungsgrades von thermisch gespritzten Schichten. Ausgehend von der Tatsache, dass mit steigender Partikelgeschwindigkeit der Wirkungsgrad sinkt, untersuchte er die Eigenschaften der Schichten in Abhängigkeit von Geschwindigkeit und Temperatur. Zudem wurde die Art des verspritzten Pulvers betrachtet. Besonders schlecht sind die Wirkungsgrade bei steigendem ­Kerosinverbrauch und sinkendem Abstand zwischen Düse und Substrat. Problematisch bei der Betrachtung ist die sich beim Spritzen ändernde Rauheit der Oberfläche, da neu hinzukommende Partikel eine sich kontinuierlich ändernde Unterlage vorfinden. Die Partikelgrößen im entstehenden Film sind deutlich unterschiedlich und rela­tiv groß ist der Anteil an aufgeschmolzenem und wieder erstarrtem Grundmaterial. Volumenmäßig nehmen aber große Partikel­ mit mehr als 70 Prozent den hauptsäch­lichen Anteil ein.

Haftreibung

Die Steigerung der Haftreibung von thermisch gespritzten Schichten war das Thema von Matthias Gräfensteiner. Wichtig ist eine Steigerung der Haftreibung beispielsweise für die Kraftübertragung in Getrieben. Für die Untersuchungen wurden mittels HVOF Schichten aus Chromcarbid-Nickel/Chrom sowie eine Mischung aus Titan-Molybdän-Carbonitrid-Nickel aufgebracht; mit einem Ring-Ring-Kontakt wurden die Reibwerte ermittelt. Um die Haftreibung zu bestimmen, müssen die unterschiedlichen Mecha­nismen sowie die Oberflächengestalt (beeinflusst beispielsweise durch die Rauheit und daraus resultierend die Kontaktfläche) betrachtet werden. Außerdem wurde die Veränderung der Oberflächen von Reib- und Gegenkörper untersucht und damit ermittelt, ob die aufgebrachte Reibschicht beschädigt wurde. Insgesamt wurden die Schichten mit klassischen Haftreibsystemen verglichen, wobei vor allem die Eigenschaften des Gegenkörpers eine wesentliche Rolle spielen.

Oxidschutzschichten

Sebastian Weis stellte seine Ergebnisse zur Herstellung einer thermisch gespritzten Schicht aus Molybdändisilizid mit und ohne Zirkonborid-Zwischenschicht als Oxidationsschutz vor. Die Einsatztemperatur von derartigen Schichtsystemen liegt zwischen 1000 °C und 1500 °C, wobei der Bereich um 500 °C durch die so genannte Pestoxidation kritisch ist und in der Anwendung schnell zu durchfahren ist. Oberhalb von etwa 800 °C findet ein Übergang vom spröden in den duktilen Zustand statt, wodurch die mechanische Belastbarkeit erhöht wird. Gearbeitet wurde mit dem Verfahren des Plasmaspritzens. Die Schichten zeichnen sich durch eine geringe Porosität und eine Ausgangshärte zwischen 300 HV0,3 und 550 HV0,3 aus.

Um die Wirkung der Schichten zu untersuchen, wurden Molybdänstäbe mit der MoSi2-Schicht versehen und diese dann oxidierendem Einfluss ausgesetzt. Die Beurteilung der Wirkung erfolgte an Querschliffen durch die Schicht. Die Zirkon­borid-Zwischenschicht erbringt eine deutliche Verbesserung, vor allem, weil die Zwischenschicht das Durchlaufen der kritischen Zwischenphase verbessert.

Löten

Diffusionslöten von Keramik an Stahl

Werkstoffverbunde aus Keramik und Metall erlauben die Ausdehnung des Einsatz­bereichs, beispielsweise hin zu höheren Temperaturen oder aggressiven Umgebungsverhältnissen. Allerdings ist dazu eine sehr gute Verbindung zwischen den beiden Partnern notwendig. Hierfür eignet sich unter anderem das von W. Tillmann vorgestellte reaktive Diffusionslöten mittels Schichtsystemen aus Zirkon, Kupfer und Nickel. Der Vortragende stellte die Bedingungen zum Erzielen einer hochfesten Verbindung vor, wie beispielsweise die Löslichkeit des Lotwerkstoffs im Substrat oder die Bildung von niedrigschmelzenden Legierungen. Der Lotwerkstoff kann durch PVD oder mechanisch in Form von Folien eingebracht werden. Die Löttemperaturen liegen bei 920 °C bis 960 °C für Zirkon-Kupfer-Zirkon beziehungsweise bei > 1050 °C im Fall von Zirkon-Kupfer-Nickel-Zirkon.

Lote für Hochtemperaturlötungen

Stefanie Wiesner berichtete über Untersuchungen zu Aufschmelz-, Reaktions- und Benetzungsverhalten von Loten für das ­Reactive Air Brazing, wie sie beispielsweise in Hochtemperaturbrennstoffzellen zum Einsatz kommen. Die Lote auf Basis von Silber und Kupfer schmelzen zwischen 950 °C und 1000 °C. Sie zeichnen sich unter anderem dadurch aus, dass die Bildung von spröden Phasen vermeidbar ist. Sie eignen sich für die Verbindung von Keramik und
Metall.

Löten in der Medizintechnik

Für die Verbindung bei Prothesen und Implantaten ist neben einer hohen Festigkeit auch eine gute Bioverträglichkeit erforderlich. Hierzu wurden Untersuchungen an Lotschichten auf Basis von Titan und Kobalt durchgeführt. Wie Sharareh Samadian Anavar erläuterte, können entsprechende Oberflächen durch Auflöten von Hochleistungskeramiken mit enthaltenen bioaktiven Partikeln hergestellt werden. Je nach Verwendung von weiteren Zusätzen erfolgt die Lötung bei Temperaturen zwischen 1000 °C und 1200 °C. Neben der Bioverträglichkeit wird auch eine hohe Festigkeit von etwa 800 HV bis 1000 HV erzielt.

Löten von leistungselektronischen Bauelementen

Für die Verbindung von Bauelementen der Leistungselektronik wird neben der Festigkeit vor allem eine gute Wärmeleitfähigkeit gefordert. Vasilii Fedorov stellte Untersuchungen unter Verwendung eines Weichlots SnAg3,5 in Form von Paste und Folie vor, mit dem Keramik-Metall-Verbindungen erzeugt werden. Der Lötprozess erfolgt bei 250 °C bis 300 °C und Haltezeiten bis 30 Minuten. Die besten Resultate in Bezug auf die Porenzahl ergeben sich bei 250 °C unter­ ­Argonatmosphäre und einer Haltezeit von 15 Minuten. Kritisch ist nach wie vor die ­Bildung von Rissen.

Funktionalisierung von Kohlenstofffasern

Kupferfunktionsschichten auf Kohlenstofffasern

Der hohe Bedarf an Leichtbauteilen für Fahrzeuge und Flugzeuge verlangt nach neuen Werkstoffen und Verbindungstechniken. Matthias Nier gab einen Einblick in die Arbeiten zur Beschichtung von Kohlenstofffasern mit Kupfer. Die Beschichtung ­erhöht zum einen die elektrische Leitfähigkeit und verbessert die Abschirmwirkung des Verbundwerkstoffs. Zum anderen ermöglicht die Beschichtung die Herstellung von Lötverbindungen zwischen Verbundwerkstoff und beispielsweise Stahlbauteilen. Die Beschichtungen besitzen eine gute Haftfestigkeit auf den Fasern und gewährleisten so eine stoffschlüssige Verbindung.

Metallisierte Kohlenstofffasern für CFK

Falko Böttger-Hiller stellte ebenfalls die Metallisierung von Kohlenstofffasern für die Herstellung von CFK vor. Bei diesen Arbeiten stand als Ziel die Herstellung von Wasserstoffspeichern im Mittelpunkt. Dazu wurden Kohlenstofffasern mit Kupfer und Nickel beschichtet und in Epoxidharz ein­gebettet. Mit den Abscheideverfahren erzielte man eine vollständige Umhüllung der Fasern, wobei besonders die Vorbehandlung der Fasern mit besonderer Sorgfalt auszuführen ist. Neben einer Beschichtung von Fasern vor dem Einbetten in Harz ist auch die Metallisierung von CFK möglich, wodurch der Verbundwerkstoff mit unterschiedlichen Eigenschaften versehen werden kann.

Löten von CFK

In Fortsetzung der Arbeiten zum Metallisieren von Kohlenstofffasern besteht die Möglichkeit, CFK mit metallisierten Fasern auch zu löten, wie Toni Böttger erläuterte. Hierzu wird der CFK oberflächlich angelöst und das vorhandene Polymer entfernt. Untersucht wurde das Benetzungs- und Ausbreitungsverhalten von Loten auf derart behandeltem CFK. Verwendet wurden Lote auf Zinnbasis (Sn60Pb40, Sn95Ag4Cu1) mit geeigneten Flussmitteln, wobei nur mit dem bleihaltigen Lot ein brauchbares Fließverhalten festzustellen war. Unterschiede­ zeigten sich beim Eindringen des Lots in den Faserbereich: Dieses war bei Fasern mit Nickelschicht deutlich besser als bei ­Fasern mit Kupfer. Allerdings war die Anbindung des Lots an die Nickelschicht gering, so dass sich die mechanischen Eigenschaften des Verbundes kaum unterscheiden.

NiTi-Dünnschichten auf Kohlenstofffasern

Eine interessante Kombination ist das Formgedächtnis von Nickel-Titan mit Kohlenstofffasern, das von Sandra Hahn vorgestellt wurde. Derartige Fasern lassen sich für Sensoranwendungen einsetzen. Die Abscheidung von Titan-Nickel erfolgt mittels PVD in Dicken von ein Mikrometer bis zwei Mikrometer und beinhaltet eine Wärmebehandlung bei 500 °C und Titanzwischenschichten mit einer Dicke von einigen Nanometern.

Wärmebehandlung von NiTi-Dünnschichten

Ein wichtiger Arbeitsschritt bei der Herstellung von dünnen Nickel-Titan-Schichten­ auf Kohlenstofffasern ist die Wärmebehandlung, über die Maik Trautmann informierte. Die durchgeführten Untersuchungen zeigten bis zu 650 °C die Bildung der erforderlichen kubischen Nickel-Titan-­Phase. Jedoch sinkt mit steigender Behandlungstemperatur die Dichte der Schicht, was die reversible Phasenumwandlung behindert.

Zugfestigkeit von Kohlenstofffasern

Yong Zhou erläuterte die Evaluierung der Zugfestigkeit von oberflächenbehandelten Kohlenstofffasern mit einer optimierten Weibullstatistik. Die Überwachung der Zugfestigkeit ist insbesondere zur Gewährleistung der mechanischen Eigenschaften von CFK eine wichtige Größe. Untersucht wurden hierfür sowohl beschichtete als auch unbeschichtete Kohlenstofffasern. Das Verfahren liefert Messwerte, bei denen die Einspannlänge nicht relevant ist, wodurch die messtechnische Bestimmung der Kenngrößen vereinfacht wird.

Prozesskettenbewertung zur Herstellung beschichteter Kohlenstofffasern

Auch wenn faserverstärkte Verbundwerkstoffe ein neues und weites Einsatzfeld mit zahlreichen neuen Eigenschaften aufweisen, müssen die Herstellkosten überwacht und minimiert werden. Sarah Zönnchen befasste sich mit der Bewertung der Prozessketten und einer frühzeitigen Prognose der Einflussgrößen und damit auch der Kosten bei der Herstellung von beschichteten Kohlenstofffasern. Damit wird für die Herstellung von CFK-Bauteilen unter Verwendung von zink- und kupferbeschichteten Fasern, beispielsweise für Fahrzeuge, ein wichtiges Werkzeug bereitgestellt, da bei der Herstellung von Massenteilen die Kosten eine entscheidende Rolle spielen.

Beschichtungs- und Oberflächentechnik

Metallisierungsverfahren für Solarzellen

Solarzellen lassen sich unter anderem auch durch eine verbesserte Beschichtungstechnik optimieren. M. Kutzer stellte einleitend die verschiedenen Prozessschritte vor und erläuterte, welche davon durch eine Oberflächentechnologie verbesserungsfähig sind. Hierbei handelt es sich einmal um die Antireflexbeschichtung, die durch PECVD aufgebracht wird. Derzeit ist hierfür eine Prozesszeit von etwa 40 Minuten bei 450 °C notwendig. Die aufgebrachte Siliziumnitridschicht mit einer Dicke um 50 Nanometer dient zur Einstellung von Transmission und Brechungsindex.

Darüber hinaus wird nach wie vor die Art der Kontaktierung auf der Vorderseite der Solarzellen optimiert. Dabei werden die derzeit durch Siebdruck aufgebrachten Stege kontinuierlich schmaler ausgeführt und liegen heute bei etwa 90 Mikrometer Breite.­ Während bisher der gesamte Steg mittels Drucktechnik ausgeführt wurde, ­arbeiten neuere Verfahren zweistufig. Der Druck dient nur noch als Basis, die nachfolgend galvanisch verstärkt wird. Daneben­ wird der Einsatz der Extrusionstechnik mit Kontaktpasten in Betracht gezogen. Hier können gleichzeitig 96 Linien in einer Breite von 40 Mikrometer hergestellt werden; dadurch steigt der Wirkungsgrad der Zelle. Anstelle von Silber wird zunehmend Zinn verwendet und so der Herstellpreis gesenkt.

Kunststoffmetallisierung mittels InkJet

Während das Tintenstrahldrucken bereits seit einigen Jahren üblich ist, um Produkte­ zu kennzeichnen, befasste sich Enrico Sowade mit der Herstellung von funktionellen Anwendungen durch Drucken. Als funktionell ist nach seinen Worten das Herstellen von RFIDs, Batterien oder Schaltkreisen zu sehen. In diesem Fall werden an Stelle der Tinten beispielsweise Nanopartikel mit Silber oder Kupferoxid und Lösemittel verwendet. Im ersten Prozessschritt werden hier nichtleitende Strukturen erzeugt, die anschließend durch Sintern weiterverarbeitet werden. Hierbei entscheidet die Temperatur über die Eigenschaft der Struktur. Bei etwa 130 °C entsteht nach 30 Minuten eine geringe Leitfähigkeit und bei Temperaturen über 200 ° zeigen die Schichten mit einer Dicke von etwa 200 Nanometer eine gute elektrische Leitfähigkeit. Durch thermische Nachbehandlungen lassen sich die Strukturen weiter verbessern, wobei ein hoher Energieeintrag entscheidend ist, wie er beispielsweise durch eine Blitzlichtbestrahlung erreicht werden kann.

Schichtausbildung bei Zink-Aluminium-Magnesium

Über ein interessantes Verfahren zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit von Stählen durch Tauchbeschichtung berich­tete Verena Merklinger. Bei etwa 350 °C kann eine niedrig schmelzende Phase einer Zinklegierung mit 6 % Aluminium und 3 % Magnesium aufgebracht werden. Durch die relativ niedrige Temperatur ist die Beschichtung auch für höher- und höchstfeste Stähle geeignet.

Die Betrachtung im Detail ergibt, dass im ersten Schritt eine Diffusionsschicht aus Zinn aufgebracht werden muss, welche im zweiten Schritt mit der Legierung aus Aluminium, Magnesium und Zink dann zur Bildung einer quarternären Legierung führt. Je nach angewandter Temperatur zwischen 350 °C und 390 °C entstehen unterschied­liche Phasen beziehungsweise unterschiedliche Zusammensetzungen des Oberflächenfilms. Die Korrosionsbeständigkeit der beschichteten Stähle übertrifft die von konventionell feuerverzinkten Stählen. Optimale Beschichtungsparameter sind eine Temperatur von 360 °C und fünf Minuten Tauchzeit.

Skalierbarkeit galvanischer Prozesse

Ingolf Scharf stellte in seinem Beitrag ein Verfahren zur Vorhersagbarkeit des Verhaltens der elektrochemischen Abscheidung mit Pulsströmen vor. Dazu entwickelte er eine Beschreibung unter Einbeziehung der verschiedenen elektrischen Schaltbilder für die elektrochemische Doppelschicht sowie das Gesamtsystem aus Anode und Kathode. Mit Hilfe von Messungen an einem tatsächlichen System bei zwei Pulsdauern konnte er sein theoretisches System validieren.

Im Weiteren führte er Messungen bei verschiedenen Flächen durch, bei denen sich ein deutlicher Einfluss der Fläche auf die erhaltenen Systemwerte ergab. Die Skalierbarkeit ist mit den erarbeiteten Beziehungen sowohl für Gleich- als auch für Pulsstromabscheidungen anwendbar, wobei für die Pulsabscheidung mit komplexen Werten gearbeitet wird. Glättungseffekte sind nach Aussage von Scharf unabhängig von der Fläche. Damit kann das System für Abscheidezellen beliebiger Größe herangezogen werden. Schließlich verglich er Theorie und Praxis an zwei Arten von Kupferelektrolyten (sauer, komplex) und der Nickel­abscheidung aus einem Wattselektrolyten.

Umgebungsbedingungen

Mit ihren Informationen über die Simulation von Umgebungsbedingungen für Baugruppen und Werkstoffe bot Ulrike Hofmann einen Beitrag zur Qualitätssicherung. Sie gab einen Überblick über die unterschiedlichen Belastungsklassen, welche die Verhältnisse an unterschiedlichen Orten widerspiegeln. Daraus wird die Notwendigkeit abgeleitet, die Prüfbedingungen zur Qualitätssicherung von Beschichtungen je nach Einsatzart­ zu modifizieren. Damit können Prüfszenarien sehr unterschiedlich ausfallen, wie Ulrike Hofmann am Beispiel von Elektronikbauteilen für Fahrzeuge oder von Batterien für Flugzeuge sehr anschaulich dar-
stellte.

Mechanische Werkstoffeigenschaften

Modifizierte hochzähe Eisenbasislegierungen

Für den Verschleißschutz eingesetzte Hartlegierungen besitzen zwar eine hohe Härte­ jedoch nur eine begrenzte Zähigkeit und Duktilität. Thomas Uhlig stellte Untersuchungen vor, bei denen durch das Zulegieren von Refraktärmetallen und Kohlenstoff diese Nachteile verringert werden konnten. Gegenüber den Basislegierungen (X0NiCoMo18-8-5, X0NiCrMo12-5-3) konnte die Härte (etwa 300 HV10) um bis zu 50 % gesteigert werden. Im Druckversuch wurden Dehngrenzen von bis zu 2000 MPa erzielt. Durch Anpassung der Wärmebehandlung werden vor allem bei den Legierungen mit Chrom weitere Verbesserungen erwartet.

Fazit

Das 16. Werkstofftechnische Kolloquium mit der zehnten Industriefachtagung Oberflächen- und Wärmebehandlungstechnik hat sich, nicht zuletzt durch die Kompetenz und das Engagement des scheidenden Leiters des Lehrstuhls für Verbundwerkstoffe, Prof. Dr. Bernhard Wielage, zu einer wichtigen und informativen Veranstaltung entwickelt. Die Vorträge geben einen interessanten Überblick über Forschungsthemen mit zahlreichen Ansätzen für einen Einsatz in der Praxis. Die Tagung ist daher eine gute Quelle für alle Unternehmen, die mit neuen­ und verbesserten Produkten ihre wirtschaftliche Zukunft sichern wollen.

Die Vorträge sind in Langform in einem über 400 Seiten umfassenden Tagungsband zusammengefasst (Schriftenreihe Werkstoffe und werkstofftechnische Anwendungen, Band 50; TU Chemnitz).

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