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Mai 2013
Kurt Binder
Kaltgasspritzen von ermüdungsfesten Titanschichten
Korrelationen materialwissenschaftlicher Zusammenhänge
Im Rahmen dieser Arbeit wird das Kaltgasspritzen von Titan erfolgreich für das „rapid manufacturing“ Verfahren qualifiziert und gezeigt, dass die gespritzten Schichten mechanische Festigkeiten und elektrische Leitfähigkeiten erreichen, die vergleichbar zu denen von Massivmaterial ähnlicher Reinheit sind.
Die dazu erforderlichen gesteigerten Partikelaufprallbedingungen werden zunächst durch Modellrechnungen identifiziert und durch systematische Weiterentwicklungen der Anlagentechnik realisiert. Die umfangreiche experimentelle Charakterisierung der Einzelaufprallereignisse, als auch der Schichtmikrostrukturen und -eigenschaften sind die Basis für weiterführende Korrelationen zwischen Spritzparametern (Gasdruck und -temperatur, Spritzabstand, Pulvermorphologie), Aufprallbedingungen (Geschwindigkeit, Temperatur, Winkel) und Schichteigenschaften (Zugfestigkeit, Haftzugfestigkeit, Ermüdungsfestigkeit, elektrische Leitfähigkeit). Daraus kann schließlich ein generalisierter Schichtqualitätsparameter (η) hergeleitet werden, der eine systematische Schichtoptimierung erlaubt und auch auf andere Werkstoffe anwendbar ist.
Die kaltgasgespritzten Titanschichten erreichen erstmalig für ein pulvermetallurgisches Verfahren nahezu 100 % der Zugfestigkeit, über 90 % der Ermüdungsfestigkeit und 97 % der elektrischen Leitfähigkeit von Massivmaterial und belegen damit eindrucksvoll die Eignung des Kaltgasspritzens als Produktionsverfahren für Titanbauteile, die auch den hohen Ansprüchen der Luftfahrtindustrie genügen.
Die dazu erforderlichen gesteigerten Partikelaufprallbedingungen werden zunächst durch Modellrechnungen identifiziert und durch systematische Weiterentwicklungen der Anlagentechnik realisiert. Die umfangreiche experimentelle Charakterisierung der Einzelaufprallereignisse, als auch der Schichtmikrostrukturen und -eigenschaften sind die Basis für weiterführende Korrelationen zwischen Spritzparametern (Gasdruck und -temperatur, Spritzabstand, Pulvermorphologie), Aufprallbedingungen (Geschwindigkeit, Temperatur, Winkel) und Schichteigenschaften (Zugfestigkeit, Haftzugfestigkeit, Ermüdungsfestigkeit, elektrische Leitfähigkeit). Daraus kann schließlich ein generalisierter Schichtqualitätsparameter (η) hergeleitet werden, der eine systematische Schichtoptimierung erlaubt und auch auf andere Werkstoffe anwendbar ist.
Die kaltgasgespritzten Titanschichten erreichen erstmalig für ein pulvermetallurgisches Verfahren nahezu 100 % der Zugfestigkeit, über 90 % der Ermüdungsfestigkeit und 97 % der elektrischen Leitfähigkeit von Massivmaterial und belegen damit eindrucksvoll die Eignung des Kaltgasspritzens als Produktionsverfahren für Titanbauteile, die auch den hohen Ansprüchen der Luftfahrtindustrie genügen.
Schlagwörter: Kaltgasspritzen; kinetisches Spritzen; Titan; Ermüdung; Thermisches Spritzen
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