Innovative Oberflächenpanzerungen für hochwertigen Verschleißschutz in der Kunststoffverarbeitung und Extrusionstechnik

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1 Innovative Oberflächenpanzerungen für hochwertigen Verschleißschutz in der Kunststoffverarbeitung und Extrusionstechnik Dr.-Ing. Ino J. Rass

2 Unsere Themen heute 1. Einleitung 2. Einordnung der Beschichtungsverfahren 3. Anforderung an Verschleissschutzschichten 4. Tapeherstellung und Prozesstechnik 5. Schichtdarstellung und Eigenschaften 6. Anwendungsbeispiele 7. Zusammenfassung

3 Einordnung Oberflächentechnologien PVD/CVD Galvanik Plasmakeramitisieren Laserrandschichtveredelung lieren Thermisches Spritzen Beschichtungstechnologie Auftragschweißen/Plattieren TapeTec / Auftraglötverfahren 1 µm 10 µm 100 µm 1 mm 10 mm Schichtdicke

4 Systeme von Verbundschichten gegen schweren Verschleißangriff -Für Schichtdicken der Panzerungen grösser als 2 mm- Sprengplattierungen Walzplattierungen Keramik-Klebverbindungen Hartmetall-Lötverbindungen Auftragschweissbeschichtungen Auftraggelötete Schichten abriebfeste Stähle, Legierungen abriebfeste Stähle, Legierungen Mischoxide, -carbide, -nitride WC-TiC-Co FeCrC-Basis NiCrBSi-Legierungen + Hartstoffe

5 Verschleißart Beanspruchung, Schichtauswahl, Verfahren Grundkörper/Werkzeug/Bauteil Geometrie, Werkstoff Oberflächenbeschaffenheit Schichtauswahl Verfahren Dünnschichttechnik, Thermisches Spritzen Auftraglöten, -schweissen, -lasern Verbindungslöten Adhäsion Korrosion Abrieb Ermüdung Fretting Erosion Geringe Adhäsionsneigung Unterschiedliche Härte Keine gegenseitige Löslichkeit Korrosionshemmender Interlayer Edlere Schichtwerkstoffe Dichte Struktur Hohe Härte Niedriger Reibungskoeffizient Hohe Elastizität Hohe innere Druckspannung Gleichmäßige Härte Kombination aus Adhäsion und Abrasion Hohe Härte Hohe Elastizität

6 Einteilung der Fügetechnologien kraftschlüssig stoffschlüssig formschlüssig Schweißen Löten Kleben Lichtbogen Metallschutzgas (MIG / MAG / WIG) Strahl Elektronenstrahl, Laserstrahl Schmelzschweißen Preßschweißen Widerstand Punkt-, Buchel-, Rollennaht Reiben Ultraschall Weichlöten T liq. < 450 C;Flußmittel Hartlöten T liq. > 450 C; Flußmittel; Vakuum; Schutzgas Hochtemperaturlöten T liq. > 900 C; flußmittelfrei; Vakuum physikalisch abbindende Klebstoffe chemisch abbindende Klebstoffe

7 Tapebeschichtungen bieten Lösungen für... Reparatur Lokales Beschichten Breitspaltlöten Innenbeschichtungen

8 Merkmale auftraggelöteter Tape-Beschichtungen Verschleiß- und Korrosionsschutz: homogene WC-Verteilung gute Einbindung des Hartstoffes geringe Porosität hohe Standzeiten Rel. Materialverlust in % Reibradversuch nach 3000 m Verschleißweg 0 V2A St37-2 TT30W TT50W Daraus resultieren: längere Serviceintervalle weniger Ausfallzeiten geringere Wartungskosten höhere Produktivität Beschichtung mit Ni-Basis-Legierung und 50 Gew.-% WC

9 Anforderungen an Verschleißschutzschichten Haftung Anbindung an Grundwerkstoff, Haftgrundschichten Schichteigenschaften Abbruchsicherheit, Betriebsfestigkeit, mechanische Belastbarkeit Eigenspannungszustand Schichtdicke Weitere Eigenschaften Reibungsverhalten, Härte, isotropes Verhalten Nachbearbeitung, Oberflächen-Finish Steifigkeit des Grundwerkstoffs Umsetzung Wirtschaftlich Reproduzierbar Zuverlässig

10 Pulverwerkstoffe Tapeherstellung Produkt Vom Pulver zum Tape Matrixwerkstoffe Eisen Nickel Cobalt Kupfer Aluminium Hartstoffe Karbide Boride Oxide Diamanten Silizide Mischen Vernetzen Formgebung Kalibrieren

11 Physikalische Eigenschaften von Nickelhartlegierungen Legierungstyp Härte HRC Schmelzbereich o C Dichte g/cm³ 8,4 8,2 8,0 7,8 Zugfestigkeit N/mm² 335 >320 >300 >290 Druckfestigkeit N/mm² >1800 >2000 > Bruchdehnung % >6 >4 >4 3,4 Elastizitätsmodul N/mm² 19x ,2x ,8x x10 4 Therm. Ausdehnung K -1 15,2x ,9x x ,6x10-4

12 Eigenschaften einiger Karbide Karbide Dichte Härte bei RT Schmelzpunkt g/cm³ HV o C Chromkarbid Cr ³ C ² 6, Molybdänkarbid Mo ² C 9, Wolframkarbid WC 15, Wolframkarbid W ² C 17, Vanadiumkarbid VC 5, Niobkarbid NbC 7,

13 Verschleißtests mit Reibteller in Kieselgranulat +0,5 1,0 mm Gewichtsverlust in mg 2 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 Auftraggeschweisst Auftraggelötet Gewichtsverlust in mg 0,4 0,2 60 HRC 60 HRC PPAS Vollmaterial 0 FeCrC FeCrCMoNbWV NiCrBSi NiCrBSi+30 WC NiCrBSi+60 WSC Hartmetall Verbundschichten

14 Einflussgrössen für das Auftraglöten Atmosphäre Werkstoffe (Substratmaterial, Geometrie, Schichtlayer, Masse) Werkstoffzusammensetzungen Wärmeausdehnungskoeffizienten Vorbereitung des Substrates Binderanteile T Temperaturprofile Abkühlung t

15 Herstellung einer Verschleißschutzschicht am Beispiel einer Rohrinnenbeschichtung Reinigung Tapezuschnitt Applizierung Wärmebehandlung Nacharbeit

16 Methoden der Tapezuschnitte Zugeschnittene Tapes Schnittwerkzeuge Preforms Wasserstrahlschneidtechnik für Präzisionschnitte

17 Fachtagung Verschleiß u. Verschleißschutz , Würzburg Reparatur und Instandsetzung von Werkzeugen EUROMAT GmbH

18 Löten der Tapes mit Induktionstechnik Rohrinnenbeschichtung Stirnflächenbeschichtung

19 Formstabilität der auftraggelöteten Tapes Matrix: Ni-Base Matrix hardness: HRC Hard phase: TC Hard phase cont.: 60 wt.% Coating thickn.: 3 mm Base material: St 52-mild steel Matrix: Ni-Base Matrix hardness: HRC Hard phase: TC Hard phase cont.: 70 wt.% Coating thickn.: 3 mm Base material: St 52-mild steel

20 Schichtdarstellung und Eigenschaften Matrix: Ni-Base Matrix hardness: HRC Hard phase: TC Hard phase cont.: 30 wt.% Coating thickn.: 2 mm Base material: St 52-mild steel Matrix: Ni-Base Matrix hardness: HRC Hard phase: TC Hard phase cont.: 50 wt.% Coating thickn.: 2 mm Base material: St 52-mild steel

21 Schichtdarstellung und Eigenschaften Matrix: Ni-Base Matrix hardness: HRC Hard phase: TC Hard phase cont.: 60 wt.% Coating thickn.: 3 mm Base material: St 52-mild steel Matrix: Ni-Base Matrix hardness: HRC Hard phase: TC Hard phase cont.: 70 wt.% Coating thickn.: 2 mm Base material: St 52-mild steel

22 Endkonturnahes Auftraglöten von Schneckenspitzen TapeTec Beschichtungen: Nickelmatrix HRC plus WC-Gebrochen Nickelmatrix HRC plus WC-Sphärisch Nickelmatrix HRC plus WC-Agglomeriert

23 Verschleissuntersuchungen auftraggelöteter Schichten bei Schneckenspitzen Einfluss alternativer Wolframcarbid-Qualitäten Abrasiver Verschleiß an Panzerungen mit 30Gew.-% Wolframcarbid (Stift-Scheibe-Versuch) Relativer Verschleiß 120 % 100 % 80 % 60 % 40 % 20 % % gebrochen sphärisch agglomeriert Morphologie der WC-Partikel

24 Tape-Innenbeschichtung Vorentwicklung Tapeapplizierung auf Halbschalengeometrien für Doppelwellenextruder Schichtmatrix: Hartstoff: Schichtdicke: Ni-Basis 55-58/62-65 HRC 50/60 % Wolframkarbid 2,5 mm Grundwerkstoff: Nitrierstahl Durchmesser: Länge: 53,5 mm 120 mm

25 Tape-Innenbeschichtung von Doppelwellenextrudern DW-Extruder Innenbeschichtung DW-Extruder Innenbeschichtung Schichtmatrix: Ni-Basis 55-58/62-65 HRC Hartstoff: 50/60 % Wolframkarbid Schichtdicke: 2,5 mm Grundwerkstoff: Nitrierstahl Durchmesser: 53,5 mm Länge: 120 mm

26 Konusextruder Beschichtungstest Vollkörper Einzelriss Ergebnis: Vortest zeigt grundsätzliche Machbarkeit der Beschichtung. Optimierungen im Bereich Tapeanbindung Kantenbereich notwendig. Optimierte Konus-Extruder Innenbeschichtung Schichtmatrix: Ni-Basis 55-58/62-65 HRC Hartstoff: 50/60 % Wolframkarbid Schichtdicke: 2,5 mm Grundwerkstoff: Nitrierstahl

27 Tapebeschichtungen für Werkzeugreparatur Oberflächendefekt und Reparatur durch Tape-Auflötung Presswerkzeug mit Rissen und Auswaschungen. Reparatur durch Auflötung angepasster Tapes

28 Vielfältige Anwendungen Innenbeschichtungen Lagerschalen Screw Tips Schlagplatten Schleissplatten Agrartechnik Stegpanzerungen Fotos: Euromat Sicherheitsplatten Schleißleisten Preßstempel

29 Vielfältige Anwendungen... Glasformkanten Schneidwerkzeuge für Holz und Kunststoff Schaftmeissel- Aussenbeschichtung Formwerkzeuge

30 Vielfältige Anwendungen... Kantenpanzerung Glasform Sägezahnbeschichtung Rohraussenbeschichtung Schneckenbeschichtung

31 Beispiele für auftraggelötete Präzisionsbeschichtungen Greifbacken Schleifhülse Greifelemente Verschiedene für Körnungen Kunststofffasern einstellbar Drillbohrer

32 Zusammenfassung - Einordnung - Werkstoffe für Oberflächenpanzerungen - Tapeherstellung und Prozesstechnik - Schichtqualitäten - Anforderungen an Verschleißschutzschichten - Anwendungsbeispiele Kunstoffverarbeitung - Weitere Anwendungsbereiche

33 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Dennewartstraße D Aachen Wir lösen Ihren Anwendungsfall Tel: Fax: