Das Projekt "SubsTungs - Substitution von Wolfram in Verschleißschutzschichten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Durum Verschleißschutz GmbH durchgeführt. Bei starkem Abrasionsverschleiß, wie er im Umgang mit mineralischen Gütern häufig auftritt, haben sich auftraggeschweißte Hartverbundschichten bewährt. Deren hoher Verschleißwiderstand beruht darauf, dass harte Wolframkarbidpartikel (WC oder WC/W2C) in hohen Gehalten (bis zu 40 Vol. Prozent) einer metallischen Matrix auf meist Ni-Basis zugegeben werden. Die keramischen Wolframkarbide stellen sich furchenden mineralischen Partikeln in den Weg und sind aufgrund ihrer hohen Härte bei gleichzeitig hoher Bruchzähigkeit für den Verschleißwiderstand und die daraus resultierende Lebensdauer von Verschleißteilen verantwortlich. Da Wolfram gemäß mehrerer Studien zu den kritischen Rohstoffen gehört, ist das Gesamtziel des vorliegenden Verbundvorhabens die Entwicklung hochverschleißbeständiger wolframfreier Auftragschweißlegierungen. Wolframkarbid soll durch andere in Europa verfügbare und zugleich kostengünstige Hartstoffe ersetzt werden. Die Materialkosten der Auftragschweißung sollen zusätzlich durch die Substitution der bisher verwendeten Ni-Matrices erzielt werden. Es werden Fe-Basis-Matrices entwickelt. Als Hartstoffe werden Karbide, wie das hoch harte Siliziumkarbid, aber auch Oxide benutzt. Um sie ausreichend sicher in die Fe-Basis-Matrices einzubetten, müssen werkstofftechnische und technologische Untersuchungen durchgeführt werden. Werkstofftechnisch werden Transferschichten vorgesehen, die eine optimale chemisch/physikalische Bindung zu der Matrix auf Fe-Basisgarantieren. Diese Transferschichtensollen einerseits unerwünschte Reaktionen zwischen dem Hartstoff und Metallmatrix unterbinden und andererseits eine metallurgische Hartstoffeinbindung in die Metallmatrix ermöglichen. In einem ersten Schritt gilt es, geeignete Transferbeschichtungen mittels der physikalischen und chemischen Gasphasenabscheidung auf den zuvor ausgewählten Hartstoffpartikeln zu platzieren. Gleichzeitig wird eigens für diesen Zweck eine pulvermetallurgische Hartlegierung auf Fe-Basis entwickelt und diese durch Gasverdüsen hergestellt. Technologisch wird das Metallpulver in einem weiteren Prozessschritt mit den beschichteten Hartstoffen vermengt und zu einem schweißbaren Pulvergemisch sowie zu Fülldrähten weiterverarbeitet. Die hergestellten Schweißzusatzwerkstoffe mit alternativen Hartstoffen sollen zu Panzerschichten auf Baustahlsubstraten mit den Auftragtechnologien: autogenes-, Fülldraht-, PTA-, UP-Schweißen, Laserschweißen sowie mittels InduClad verarbeitet werden. Neben der Bewertung der hergestellten Panzerschichten bezüglich der tribologischen und mechanischen Eigenschaften unter Laborbedingungen gilt es, das Potential der neu entwickelten Panzerschichten unter realen Praxisbedingungen zu prüfen. Als Demonstrator wird auf Bauteile eines Schaufelrad-Gewinnungsgerätes; insbesondere auf Schneiden von Grabgefäßen zurückgegriffen.
Das Projekt "Teilvorhaben 5" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von plating electronic GmbH durchgeführt. Die Schichteigenschaften werden bezüglich Verschleißbeständigkeit und Abstimmung auf das Substrat durch genaue und modellgestützte Kontrolle der Beschichtungsprozesse verbessert. Die Gestaltung optimierter Schichtfunktionen erfolgt durch gradierte Gefüge mit reduzierten Risslängen und -dichten und durch Druckeigenspannungen. Die Schichten und Grenzflächenbereiche werden metallografisch, mechanisch und tribologisch charakterisiert. Beanspruchungsanalysen werden zur Qualifizierung und für Lebensdauerberechnungen für Betriebsbelastungen durchgeführt. Modelle zur Schichtabscheidung und Verknüpfung von Prozessparametern mit funktionalen Schichteigenschaften werden entwickelt. Damit werden Strategien für Prozessregelung und Qualitätssicherung zielführend erarbeitet, notwendige Anlageneigenschaften definiert und in die Industrieanlagen der Verbundpartner überführt. Da die zu entwickelten Technologien und Verfahren nicht auf die hier relevanten Produktgruppen beschränkt sind, besteht ein breit es Anwendungspotential, das auch Patentierungen und Lizensierung einzelner Prozessschritte erlaubt. Die neuen Erkenntnisse dienen so einer Qualitätsverbesserung und einer Erweiterung der Produktpalette.