Virtuelles Werkstoff‐ und Prozessdesign funktionaler Schichten

Abstract Heute verfügbare Beschichtungsverfahren, wie das Thermische Spritzen oder auch das Plasma‐Pulver‐Auftragschweißen werden heute vorrangig zur Verbesserung der Korrosions‐ und Abrasionsbeständigkeit von Bauteilen eingesetzt. Eine Erweiterung der Anwendungsgrenzen ist möglich, wenn es gelingt, die Struktur der Schicht gezielt an das jeweilige Anforderungsprofil anzupassen. Gleichzeitig ist darauf zu achten, dass bei einer hohen Prozesseffizienz und Flexibilität des Beschichtungsprozesses eine gleich bleibend hohe Schichtgüte erzielt wird. Die Modellierung von Beschichtungsprozessen erlaubt es, Zusammenhänge zwischen den Prozessparametern und der Gefügestruktur mit einem Minimum an experimentellen Untersuchungen zu erarbeiten. Ebenso wird es möglich, die Schichtqualität und die Prozesseffizienz gezielt zu steigern und somit durch Veränderung der Prozesskenngrößen eine gezielte Beeinflussung des sich ausbildenden Gefüges zu erreichen. Am Beispiel der Modellierung thermischer Spritzprozesse, insbesondere des Lichtbogenspritzens und des Vakuumplasmaspritzens wird erläutert, welchen Einfluss Veränderungen der Prozessparameter auf die einzelnen, beim thermischen Spritzen ablaufenden Prozesse ausüben. Berücksichtigt wird die Gasströmung, das Aufheizen, Aufschmelzen und Beschleunigen des Spritzwerkstoffs. Von Bedeutung für die Gefügeausbildung ist aber auch die Ausbreitung der einzelnen Spritzpartikel auf dem Substrat, die Schichtbildung durch Überlagerung vieler Partikel und die Erstarrung. Systematische Untersuchungen belegen den Einfluss der Prozessparameter auf die Partikeleigenschaften, die Abkühlung und Erstarrung und damit auf das Gefüge.