Herstellung von Druckgussteilen mit mikrostrukturierten Funktionsschichten durch die Transplantation von thermischen Spritzschichten

Bach, Fr.-W.1; Möhwald, K.1, a; Zhang, Yi1; Freytag, P.1; Erne, M.1; Kerber, K.1; Biermann, D.2, b; Zabel, A.2, c; Peuker, A.2, d

1)
Institut für Werkstoffkunde, Leibniz Universität Hannover, 30823 Garbsen
2)
Institut für Spanende Fertigung, Technische Universität Dortmund, Baroper Str. 303, 44227 Dortmund

a) moehwald@iw.uni-hannover.de; b) biermann@isf.de; c) zabel@isf.de; d) peuker@isf.de

Kurzfassung

In diesem Beitrag wird die Weiterentwicklung eines Beschichtungsverfahrens vorgestellt, bei dem durch einen Verbundgussprozess thermisch gespritzte Funktionsschichten auf Druckgussteile appliziert werden. Durch die Umkehrung der herkömmlichen Prozessfolge ist es möglich, die bereits während des Beschichtungsprozesses strukturierte Schicht von der Oberfläche des Druckgusswerkzeuges, beziehungsweise des Wechselkerns, im Gießprozess auf das Gussteil zu transplantieren.
Prozessbedingt bilden die ersten Schichtlagen der thermischen Spritzschicht die spätere Funktionsfläche. Durch Fräs- oder Schleifverfahren gezielt ortsabhängig eingestellte Mikrostrukturen auf der Oberfläche des Werkzeugs werden während des Beschichtungsprozesses von der Spritzschicht abgeformt und bilden so die spätere Funktionsoberfläche. Die Anwendung von Mehrlagenbeschichtungen und angepassten Prozessparametern eröffnet eine weitere Möglichkeit zur Anpassung der inneren Struktur der Beschichtung an den entsprechenden Anwendungsfall.
Bedingt durch die Teilinfiltration der thermischen Spritzschicht während des Verbundgussvorgangs entsteht ein Verbund zwischen dem Gusswerkstoff und der thermischen Spritzschicht, der hohe Haftfestigkeiten und Scherfestigkeiten erwarten lässt. Insbesondere die Möglichkeit Innenbohrungen mit geringem Durchmesser mit diesem Verfahren indirekt beschichten zu können sowie die wirtschaftliche Herstellung von lokal optimierten mikrostrukturierten Oberflächen von thermischen Spritzschichten eröffnen ein breites Anwendungsfeld für dieses Verfahren.
Im vorliegenden Beitrag werden Ergebnisse von Versuchen zur Beschichtung von Druckgussteilen aus AlSi9Cu3 mit strukturierten Funktionsschichten aus NiCr80/20 sowie CuAl10 beschrieben. Beschichtet wurden die Oberflächen von Stufenplatten, eine Freiformgeometrie und die Innenbohrung eines Zylinderabschnitts. Zu den jeweiligen Bauteilen werden die entsprechenden Herstellungsrouten beschrieben und grundsätzliche Ergebnisse sowie Anwendungspotentiale vorgestellt. Insbesondere wird auf die eingesetzten Fräsverfahren, die Beschichtungsverfahren und die resultierende Abbildungsgenauigkeit der Mikrostrukturen auf der Oberfläche der thermischen Spritzschichten eingegangen. Ein besonderes Augenmerk liegt auf der Innenbeschichtung von Zylinderabschnitten und der Untersuchung der Anbindung zwischen dem Guss- und dem Beschichtungswerkstoff.

Schlüsselwörter

Druckguss Beschichtung Mikrostruktur Verbundguss

Veröffentlichung

In: Tagungsband zum 14. Werkstofftechnischen Kolloquium, 1.9.-2.9. 2011, Chemnitz, S. 24-33