Thermisch gespritzte titankarbidverstärkte Eisenbasisschichten als Alternative zu konventionellen karbidischen Werkstoffen

Hochgeschwindigkeitsflammgespritzte karbidbasierte Schichten haben sich in der Industrie als gangiger Korrosions- und Verschleisschutz etabliert. Aufgrund der typischen hohen Karbidanteile von uber 75 Gewichtsprozenten zeichnen sie sich durch eine sehr hohe Harte und eine exzellente Verschleisbestandigkeit aus. Jedoch erfordern diese Eigenschaften gleichzeitig auch einen erhohten Aufwand bei der mechanischen Nachbearbeitung der Schichten. Ein kostengunstiger Nachbearbeitungsprozess mit geometrisch definierter Schneide wie etwa Drehen oder Frasen ist in der Regel nicht anwendbar, so dass jedes gespritzte Aufmas mittels Schleifens abgetragen werden muss. Um diesem Problem entgegenzutreten, bietet ein neues karbidbasiertes Werkstoffkonzept viel versprechende Ansatze. Titankarbide mit einem reduzierten Anteil von 33 Gewichtsprozenten eingebettet in eine Eisenmatrix ermoglichen ein deutlich verbessertes Verhalten hinsichtlich der Bearbeitbarkeit. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Prozessroute zur Herstellung optimierter Pulver entwickelt. Mit entsprechenden Ausgangswerkstoffen sind Spritzversuche durchgefuhrt worden, um eine Verarbeitbarkeit der titankarbidverstarkten Eisenpulver mittels eines gasbetriebenen und eines flussigbrennstoffbetriebenen Hochgeschwindigkeitsflammspritz-Systems (HVOF-Systems) zu untersuchen. Optimierte Parameter wurden dabei unter Zuhilfenahme der statistischen Versuchsplanung ermittelt. Die Schichten sind im Hinblick auf ihre Mikrostruktur, Harte sowie Phasenzusammensetzung analysiert und mit gesinterten Referenzbauteilen verglichen worden. Des Weiteren wurden die thermisch gespritzten Eisenbasisschichten mit Titankarbidverstarkung warmebehandelt, um die Resthartbarkeit der Eisenbasismatrix nach dem thermischen Spritzprozess zu untersuchen. Thermal sprayed titanium carbide strengthened iron coatings as alternative for conventional carbide materials High velocity oxygen fuel (HVOF) sprayed carbide based materials are industrially well established as wear and corrosion protection coatings. Because of the high carbide content of typically 75 weight percent and more they are providing a very high hardness and excellent wear resistance. However, at the same time this characteristic is resulting in major difficulties during post-processing steps. Cost-effective machining processes such as turning and milling are usually not applicable and any sprayed oversize has to be reduced by grinding. To overcome these drawbacks a novel carbide-based material concept, which is already in use for sintering processes, is offering promising properties. Titanium carbides at a reduced content of 33 weight percent embedded in a ferrous matrix can provide distinctly improved characteristics for optimal machinability. Depending on the carbon content the iron-base material can additionally offer a temperable matrix for enhanced wear behaviour. Within this study spray trials have been carried out to investigate the sprayability of titanium carbide strengthened iron powders with a gaseous and a liquid fuel driven high velocity oxygen fuel spraying system. Optimised parameters were developed by implementing the statistical method of design of experiment (DoE). The resulting coatings were analysed with respect to microstructure, hardness and phase composition and compared to sintered reference materials. Furthermore thermally sprayed iron-based coatings strengthened with titanium carbides were heat treated to proof the retained temperability of the iron matrix after thermal spray processing.