Die Beschichtung von Bauteilen setzt eine adäquate Vorbehandlung der Substratoberfläche voraus. Für das thermische Spritzen hat sich das Strahlen mit Korund als Vorbehandlungsverfahren in der industriellen Anwendung etabliert. Dieses Verfahren ist neben einer vergleichsweise langen Prozesszeit dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche Spezialmaschinen für die Substratvorbehandlung erforderlich sind.
Als Alternative zum konventionellen Strahlen soll in diesem durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Forschungsvorhaben die Möglichkeit untersucht werden, durch die Kombination der Verfahren Rändelfräsen und Festwalzen eine reproduzierbare Oberflächentopologie von Substraten zu erzeugen, die Hinterschneidungen in Relation zur Rändelteilung und verwendeten Festwalzkraft aufweisen. Diese Hinterschneidungen ermöglichen die formschlüssige Anbindung einer aufgespritzten Beschichtung an das Substrat, wobei durch erste Voruntersuchungen das große Potential der innovativen Substratvorbehandlung aufgezeigt werden konnte. Die Anwendung einer angepassten Festwalzstrategie ermöglicht die Ausbildung annähernd symmetrischer Hinterschneidungen, wodurch eine gesteigerte Haftzugfestigkeit der Beschichtung realisiert wird.
Ein zusätzliches Festwalzen der aufgebrachten Beschichtung führt nochmals zu einer signifikanten Steigerung der Haftzugfestigkeit, sodass Haftzugfestigkeitswerte im Bereich konventionell gestrahlter Oberflächen erzielt werden können (Abb.). Somit lassen sich Strahlprozesse zur Substratvorbereitung durch die Verfahrenskombination Rändelfräsen und Festwalzen substituieren und gleichermaßen die gesteigerten Prozesszeiten des Strahlens einsparen. Die erforderliche, oftmals aufwändig gestaltete Reinigung der gestrahlten Werkstücke entfällt dabei ebenfalls.
Rasterelektronenmikroskopische Analysen der verschiedenen Substratoberflächen haben gezeigt, dass ein Versagen des Schichtverbundes beim Haftzugfestigkeitstest nicht im Bereich der Hinterschneidungen, sondern zwischen diesen, im Bereich der festgewalzten Oberflächen, erfolgte. Einhergehend mit einer im Rahmen des Forschungsvorhabens geplanten Reduzierung der Rändelteilung würden die Dimensionen dieser festgewalzten Flächen allerdings gleichermaßen verringert, woraus eine weitere Steigerung der Haftzugfestigkeit der Beschichtung resultieren sollte.
Ein Einsatz der durch die aufgeführte Verfahrenskombination generierten Schichtsysteme im Bereich der Verschleißschutzschichten (Motorenbau) wäre durchaus vorteilhaft. Weiterhin ist aufgrund der mit dem Festwalzen der Beschichtung einhergehenden Oberflächenglättung ein Einsatz des Schichtsystems im Bereich von Funktionsflächen denkbar.
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Dipl.-Ing. Florian Vogel
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