Malte R. Schütte M.Sc., Jonas Ehrich M.Sc., Dr. Dominic Linsler, Dr. Stefanie Hanke

Reibauftragsschweißen (RS) wird im Allgemeinen verwendet, um Beschichtungen auf Metallbasis in festem Zustand aufzutragen, d. h. ohne das aufzutragende Material zu schmelzen. Aus diesem Grund ist es besonders interessant für Werkstoffe, die als schwierig – oder sogar unmöglich – zu schweißen gelten. Die Reparatur oder Aufarbeitung von verschlissenen oder beschädigten Bauteilen wurde schon früh als vielversprechende Anwendung für RS identifiziert. Weitere technisch nützliche Merkmale des Verfahrens sind die Möglichkeit, unterschiedliche Materialien ohne Verdünnung abzuscheiden und mehrere Schichten verschiedener Materialien übereinander oder überlappend aufzutragen, um funktionelle Beschichtungen, Übergangsschichten mit einem Gradienten in einer bestimmten Eigenschaft oder einen Ansatz der additiven Schichtfertigung zu schaffen.

Am µTC wurden in Zusammenarbeit mit der Universität Duisburg-Essen Al-Legierungen mit unterschiedlichen Silizium Gehalten als dicke Schichten durch Reibauftragsschweißen abgeschieden, was zu einer Kornverfeinerung und Sphäroidisierung der nadelförmigen eutektischen Si-Phase führte. Geschmierte Gleitverschleißtests wurden auf einem Stift-Scheibe-Tribometer mit Al-Si-Legierungen im Gusszustand und im RS-Verfahren als Stifte und 42CrMo4-Stahlscheiben durchgeführt. Die chemische Zusammensetzung der abgenutzten Oberflächen wurde mittels Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) analysiert. Die Verschleißmechanismen wurden mittels Rasterelektronenmikroskopie (SEM) und fokussiertem Ionenstrahl (FIB) untersucht, und der Verschleiß wurde durch Messung des Gewichtsverlusts der Proben bewertet. Bei den untereutektischen Legierungen führt insbesondere die Sphäroidisierung der Si-Phasenteilchen zu einer deutlichen Verbesserung der Verschleißfestigkeit. Die nadelförmige Si-Phase im Gusszustand bricht während des Verschleißtests und kleine Fragmente lösen sich leicht von der Oberfläche ab. Die kugelförmigen Si-Phasenteilchen im RS-Zustand brechen ebenfalls von der Oberfläche ab, allerdings in geringerem Umfang. Bei der übereutektischen Legierung wurde keine Verringerung des Verschleißes durch den FS-Zustand festgestellt. Hier sind große, voluminöse primäre Si-Phasenteilchen bereits im Gusszustand vorhanden und verändern sich während des RS nicht wesentlich, was zu einer hohen Verschleißbeständigkeit in beiden Materialzuständen führt. Diese Studie unterstreicht die Mechanismen und Grenzen der verbesserten Verschleißbeständigkeit von Si-reichen Al-Legierungen, die als dicke Schichten durch Reibauftragsschweißen abgeschieden werden.

^{Schütte, M.; Ehrich, J.; Linsler, D.; Hanke, S., Effects of microstructure modification by Friction Surfacing on wear behaviour of Al alloys with different Si contents, Materials 15/5 (2022) Art. 1641, 17 Seiten Link}  

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