TY - CHAP A1 - Kilian, Andrè A1 - Winkelmann, Ralf ED - Lampke, Thomas ED - Wagner, Guntram ED - Wagner, Martin Franz-Xaver T1 - Löten von Stahl-Kunststoff-Stahl-Verbundwerkstoffen T2 - Tagungsband zum 19. Werkstofftechnischen Kolloquium in Chemnitz 16.03.-17.03.2017, Chemnitz 2017 N2 - Der konsequente Leichtbau ist eine zwingende Voraussetzung, um den wachsenden gesellschaftlichen Erwartungen an Energieeffizienz, Klimaschutz, Kraftstoffverbrauch, Komfort und Nachhaltigkeit zu entsprechen. Mit den entwickelten Stahl-Kunststoff-Stahl-Verbundwerkstoffen existieren neue Werkstoffe, welche ein hohes Leichtbaupotenzial aufweisen. Diese Werkstoffe gestatten es dem Endanwender – der Mobilität produzierenden Industrie –, mit vorgefertigten Leichtbauverbundwerkstoffen zu arbeiten. Diese neuen Stahl-Kunststoff-Stahl-Verbundwerkstoffe intelligent zu nutzen, erfordert geeignete Fügetechnologien. Das tragfähige Verbinden von Stahl-Kunststoff-Stahl-Verbundwerkstoffen unter Beibehaltung des Multimaterialkonzeptes wird zum zentralen Baustein der Realisierung von Leichtbau. Werden zusätzlich Ziele wie Fügegeschwindigkeiten von 4 m/min, unmittelbare Weiterverarbeitung der gefügten Teile, keine negative Beeinflussung des Stahl-Kunststoff-Verbundes, metallische und dichte Verbindungen, Prozesssicherheit und höchste ästhetische Zielstellungen formuliert, bedarf es der Entwicklung einer neuen Fügetechnologie. Konventionelle thermische Verfahren wurden überprüft und als nur begrenzt anwendbar beurteilt. Es ist notwendig, die z. Zt. minimale thermische Prozessenergie um ca. 2/3 zu reduzieren. Dies gelingt durch die energetische Trennung des Lotaufschmelzprozesses vom Bauteilaktivierungsprozess. Unabhängig davon muss mit niedrig schmelzenden Loten auf Sn-Zn-Basis gearbeitet werden. Die Aktivierung der Oberfläche der zu verbindenden Substrate kann mit Flussmitteln, aber auch mittels Laserstrahlung erfolgen. Auch Lichtbögen wurden untersucht. Diese können jedoch in dem angestrebten Geschwindigkeitsbereich nicht prozesssicher benutzt werden. Am Beispiel der Herstellung von Bördelnähten wird die Anwendbarkeit des Flüssigkeitsstrahllötens mit Laserunterstützung vorgestellt. Werden die Stahl-Kunststoff-Stahl-Verbundwerkstoffe an massive Teile gelötet, muss zusätzlich die differierende Wärmeleitung berücksichtigt werden. Dieser Einfluss wird bei der Positionierung der beiden Energiequellen beachtet. Die Eigenschaften der hergestellten Verbindungen wurden physikalisch und metallografisch bewertet. Eine Methode der Beurteilung von Delaminationen war zu entwickeln. KW - Stahl-Kunststoff-Stahl-Verbundwerkstoff KW - Flüssigkeitsstrahllöten Y1 - 2017 SN - 978-3-00-055705-7 SP - 247 EP - 257 PB - TU Chemnitz, Fakultät für Maschinenbau, Eigenverlag CY - Chemnitz ER - TY - CHAP A1 - Serafinski, Daniel A1 - Winkelmann, Ralf ED - Lampke, Thomas ED - Wagner, Guntram ED - Wagner, Martin Franz-Xaver T1 - Punktuelle Magnesium-Aluminium-Verbindungen T2 - Tagungsband zum 19. Werkstofftechnischen Kolloquium in Chemnitz 16.03.-17.03.2017, Chemnitz 2017 N2 - Leichtbau mit Multimaterialsystemen erfordert stets ein tragfähiges Verbinden unterschiedlicher Werkstoffe. Die Auswahl eines Fügeverfahrens erfolgt dabei vordergründig auf der Basis der Werkstoff- und der angestrebten Verbindungseigenschaften. Die begrenzte Mischbarkeit der Werkstoffe Aluminium und Magnesium im schmelzflüssigen Zustand verursacht technologische Schwierigkeiten bei der Anwendung der thermischen Fügetechnik. Aus diesem Grund wurde für die Herstellung punktueller Verbindungen von Magnesium mit Aluminium ein thermo-mechanisches Fügeverfahren entwickelt. Basierend auf dem Verfahren Clinchen sind die notwendigen thermischen Bedingungen erarbeitet worden, um belastbare punktuelle Verbindungen zu erzeugen. Während viele Aluminiumsorten -begründet durch die Gitterstruktur - sehr gut umformbar und somit für die Herstellung von Verbindungen mittels Clinchen gut geeignet sind, ist dies bei Magnesium nicht so. Die hexagonale Gitterstruktur erfordert eine ausreichende Erwärmung der Verbindungsstelle vor dem Fügen. Dies allein genügt jedoch nicht, da die sehr gute Wärmeleitung des Fügewerkzeuges die zugeführte Energie sehr schnell wieder abführt. Somit ist zusätzlich eine Vorwärmung der Werkzeuge zwingend. Die thermischen Bedingungen wurden zunächst mit dem Ziel der Reduzierung des Versuchsaufwandes simuliert. Das Modell ist versuchstechnisch validiert. Die thermischen Bedingungen am Bauteil und am Werkzeug wurden mit dem Ziel der Einstellung hoher Verbindungsfestigkeiten variiert. Als Optimierungskriterium wurde die Scherzugfestigkeit definiert. Um die Erwärmung der beiden Werkstoffe sowie des Werkzeuges reproduzierbar zu gestalten, erwies sich eine Kombination von joulescher- und induktiver Erwärmung als sinnvoll. Die messtechnische Erfassung der Bauteiltemperatur erfolgte, um schlussendlich die zeitliche Wirkung der Induktorleistung bei definierter Position zum Bauteil als Kriterium der zugeführten thermischen Energie nutzen zu können. Eine Anpassung der Werkzeuggeometrie und der Bewegungsparameter führte zu reproduzierbaren hoch festen Verbindungen. KW - Aluminium KW - Magnesium KW - thermomechanisches Fügeverfahren KW - Clinchen Y1 - 2017 SN - 978-3-00-055705-7 SP - 217 EP - 224 PB - TU Chemnitz, Fakultät für Maschinenbau, Eigenverlag CY - Chemnitz ER - TY - GEN A1 - Serafinski, Daniel A1 - Winkelmann, Ralf T1 - Punktuelle Magnesium-Aluminium-Verbindungen T1 - Point Bonding of Magnesium – Aluminium Structures T2 - WOMAG : Kompetenz in Werkstoff und funktioneller Oberfläche N2 - Leichtbau mit Multimaterialsystemen erfordert stets ein tragfähiges Verbinden unterschiedlicher Werkstoffe. Die Auswahl eines Fügeverfahrens erfolgt dabei vordergründig auf der Basis der Werkstoff- und der angestrebten Verbindungseigenschaften. Die begrenzte Mischbarkeit der Werkstoffe Aluminium und Magnesium im schmelzflüssigen Zustand verursacht technologische Schwierigkeiten bei der Anwendung der thermischen Fügetechnik, weshalb zur Herstellung von punktuellen Verbindungen von Magnesium mit Aluminium ein thermo-mechanisches Fügeverfahren entwickelt wurde. Basierend auf dem Verfahren Clinchen sind die notwendigen thermischen Bedingungen erarbeitet worden, um belastbare punktuelle Verbindungen zu erzeugen. Während viele Aluminiumsorten aufgrund ihrer Gitterstruktur sehr gut umformbar und somit für die Herstellung von Verbindungen mittels Clinchen gut geeignet sind, ist dies bei Magnesium nicht so. Dessen hexagonale Gitterstruktur erfordert eine ausreichende Erwärmung der Verbindungsstelle vor dem Fügen. Da die sehr gute Wärmeleitung des Fügewerkzeugs die zugeführte Energie sehr schnell wieder abführt, ist zusätzlich eine Vorwärmung der Werkzeuge zwingend. Die thermischen Bedingungen wurden zunächst mit dem Ziel der Reduzierung des Versuchsaufwandes simuliert und das Modell versuchs¬technisch validiert. Die thermischen Bedingungen am Bauteil und am Werkzeug wurden mit dem Ziel der Einstellung hoher Verbindungsfestigkeiten variiert. Als Optimierungskriterium wurde die Scherzugfestigkeit definiert. Um die Erwärmung der beiden Werkstoffe sowie des Werkzeugs reproduzierbar zu gestalten, erwies sich eine Kombination von joulescher- und induktiver Erwärmung als sinnvoll. Die messtechnische Erfassung der Bauteiltemperatur erfolgte, um die zeitliche Wirkung der Induktorleistung bei definierter Position zum Bauteil als Kriterium der zugeführten thermischen Energie nutzen zu können. Eine Anpassung der Werkzeuggeometrie und der Bewegungs¬parameter führte zu reproduzierbaren hoch festen Verbindungen. N2 - Lightweight construction using mixed materials requires a viable means of bonding together the different materials used. The choice of bonding technology will be based on the actual materials in question and the desired bonding properties. The limited miscibility of aluminium and magnesium in their molten state presents technological problems in terms of thermal bonding of these two metals. For this reason, a thermo-mechanical procedure was developed for their spot joining. The technique is based on clinching and the appropriate thermal conditions for this were established such that acceptable spot bond strengths achieved. Whereas many aluminium alloys, thanks to their crystal structure, can readily be deformed and thus lend themselves well to the clinching process, the same is not true for magnesium. The hexagonal lattice structure of this metal requires sufficient heat treatment before the joining process. Because the forming tools themselves possess high thermal conductivity which could result in rapid cooling of the work, the forming tools themselves have to be pre-heated. The required thermal conditions were initially simulated in order to reduce the time needed for the research, the model for this being experimentally validated. The thermal conditions experienced by the component and the tooling were explored in order to find optimum conditions for maximum bond strength. The parameter for optimisation was defined as the shear strength. In order to ensure reproducibility of the heat-treatment regime for both the two metals and the tooling, both Joule heating and inductive heating were found to be best. Temperature measurement of the components was used in order to characterise the temperature-time profile as a function of induction loading for a given positioning of the component, as a criterion for following the energy input. Matching the tooling geometry with the movement parameters resulted in the reproducible formation of high-strength joints. KW - Clinchen KW - Magnesium KW - Aluminium KW - Vorwärmung Y1 - 2017 UR - http://www.wotech-technical-media.de/womag/ausgabe/2017/04/WOMag_4_17_frei.pdf SN - 2195-5905 SN - 2195-5891 VL - 5 IS - 4 SP - 4 EP - 6 ER - TY - CHAP A1 - Winkelmann, Ralf A1 - Pokhmurska, Hanna T1 - The protection against spray wear using pseudoalloys applied with the method of spraying T2 - ITSC 2017 - International Thermal Spray Conference & Exposition, Düsseldorf, Germany, 2017 Conference Abstracts N2 - An important parameter that affects the protection from wear and tear, is the geometric structure of the abrasive causing the destruction. The equivalent diameter of the particles of the primary influence on protection from wear and tear must be greater than the width of the particle of the crushed abrasive. Here also belongs the requirement for the distribution of the particles inside the matrix was more uniform and dense. The use of solid materials gives this possibility only in the certain circumstances, therefore, it is necessary to use pseudoalloys. Pseudoalloys can be obtained by means of thermomechanical processing of the conventional layers deposited by means of spraying. The particles of the solid material charged with kinetic energy are applied to the heated layers, and they penetrate into inside. Under the influence of the heat energy inside the layers suitable for this, the additional reaction between the substrate and the layer takes place, thus improving the adhesion of the layers. The appropriate regulations were developed, and the reproducible stratification appeared caused by spraying, that is pseudoalloys. A positive consequence of the inclusion of the particles of a solid ceramic material into the spayed layer is the emergence of the current when compressed. The result of the research of the parameters are the optimal performance indexes, optimization criterion served as an indicator of the intensity of the wear. Manufactured pseudoalloys underwent checking in terms of spray wear. The study of spray wear was carried out at the temperatures up to 750 °C and speed load amounted to 37.5 m/s. The silica sand fractions + 150-212 μm was used as an abrasive. As the covering material the alloys based on aluminum were used. In the places of transition to the substrate the multiphase alloys of the system Fe-Al are formed. It is advisable to use layers with a high iron content to prevent the loose and destruction. KW - pseudoalloys KW - spraying KW - spray wear Y1 - 2017 SN - 978-3-96144-000-9 SP - 9 EP - 10 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf ER - TY - GEN A1 - Krüger, David A1 - Schütte, Philipp A1 - Winkelmann, Ralf T1 - Werkstoffe und Werkstoffkombinationen für das punktuelle Verbinden von Aluminium T1 - Materials and Material Combinations for Spot-Welding of Aluminium T2 - WOMAG : Kompetenz in Werkstoff und funktioneller Oberfläche N2 - Die Herstellung von punktuellen Verbindungen an Leichtbauwerkstoffen wie Aluminium (Al) mit dem konventionellen Widerstandspunktschweißen führt zu sehr intensiven Reaktionen zwischen dem Elektroden- und dem Substratwerkstoff. Durch die Auswahl eines Elektrodenwerkstoffs mit geringerer Affinität zu Aluminium ist zu erwarten, dass Diffusionsprozesse mit deren Beeinflussung der Elektrodenoberflächen und daraus folgender Änderung der Schweißpunkteigenschaften mit Nacharbeiten an der Elektrode vermeidbar sind. Zudem sind die thermischen und elektrischen Eigenschaften der Werkstoffe sowie sichere und effektiv herzustellende Verbindungen zum Elektrodenwerkstoff Kupfer zu erfüllen. Unter diesen Prämissen und unter Beachtung wirtschaftlicher Aspekte wurden Untersuchungen an den Werkstoffen Grafit, Wolfram und Molybdän vorgenommen. Zusätzlich erfolgte die Überprüfung PVD-beschichteter Kupferelektroden. Mittels Langzeituntersuchungen sind Angaben zur Eignung der Werkstoffe realisiert. Eine sehr große Herausforderung betraf die Herstellung von Verbindungen zwischen den nicht beziehungsweise kaum mit Aluminium reagierenden Werkstoffen und dem Kupfer der Punktschweißelektroden. Das Kondensatorentladungsschweißen konnte hierfür qualifiziert werden. Es wurden die Parameter ermittelt, mit denen sichere Verbindungen innerhalb extrem kurzer Zeit hergestellt werden können. Im Gegensatz zum Löten oder Umgießen handelt es sich um einen sehr effektiven Prozess mit hohem Potenzial für die Massenfertigung. N2 - Creating spot welds at lightweight metals such as aluminium using conventional resistance spot welding, results in an intense reaction between the electrode metal and the aluminium itself. By selecting an electrode material with a lower affinity to aluminium, one might assume that the diffusion process involving the electrode surface, with the consequent effect on the properties of the spot weld, could be avoided by post-working at the weld site. In terms of thermal and electrical properties and the achieving of strong and effective bonding, copper is an ideal electrode metal candidate. Given these requirements and with process economics in mind, studies were carried out on materials including graphite, tungsten and molybdenum. Additional studies were carried out using PVD-coated copper electrodes. On the basis of long-term studies, the requirements for a suitable material were achieved. One of the most demanding tasks was creating a bond between a metal with a little affinity to aluminium and aluminium itself, but not the copper of the spot welding electrode. The use of capacitor discharge welding proved useful in this context. Parameters were established for creating strong spot welds in extremely short times. By contrast with soldering or other molten metal processes, this approach offers a satisfactory solution ideally-suited to the demands of mass production. KW - Aluminium KW - Wolfram KW - Molybdän KW - Punktschweißen Y1 - 2017 SN - 2195-5905 VL - 5 IS - 5 SP - 4 EP - 6 ER - TY - CHAP A1 - Ring, Uwe A1 - Fischer, Peter A1 - Jost, Gregor A1 - Winkelmann, Ralf ED - Lampke, Thomas ED - Wagner, Guntram ED - Wagner, Martin Franz-Xaver T1 - Expositionsreduzierte Herstellung korrosionsbeständiger Beschichtungen T2 - Tagungsband zum 20. Werkstofftechnischen Kolloquium, Chemnitz, 2018 N2 - Das Lichtbogen-Draht-Spritzen mit Zink (Zn)-Basis-Werkstoffen ist eine gängige Technologie zur Herstellung korrosionsbeständiger Beschichtungen. Die hergestellten Schichten haben sich bei einer Vielzahl moderater korrosiver Beanspruchungen bewährt. Weniger positiv wird die Technologie hinsichtlich der Overspray-Verluste und der Belastung der Ausführenden sowie der Umwelt durch Zink-Rauch beurteilt. Um diese Nachteile zu reduzieren und gleichzeitig die Korrosionsbeständigkeit der Beschichtungen zu erhöhen, wurden das Flüssigkeitsspritzen entwickelt und neue Werkstoffe qualifiziert. Es galt, eine geeignete Apparatur zu konzipieren, zu konstruieren, zu fertigen und zu erproben. Die Prozesstemperatur war unterhalb der Sublimationstemperatur des Zusatzwerkstoffes einzustellen. Es wurden Spritzparameter bestimmt, die zu hoch duktilen, sehr dichten und korrosionsbeständigen Schichten führten. Die Overspray-Verluste liegen deutlich unter 20 % und die Emission von Zink-Rauch ist extrem gering. Dieses Verfahren bietet sehr gute Voraussetzungen dafür, auch nicht zu Drähten verarbeitbare Werkstoffe für die Herstellung gespritzter Schichten nutzen zu können. Somit wird die Palette spritzbarer Werkstoffe deutlich erweitert und den Forderungen nach höherer Korrosionsbeständigkeit der Beschichtung besser entsprochen. KW - Zinkbeschichtung KW - Expositionsreduziert KW - Korrosionsschutz Y1 - 2018 SN - 978-3-00-058901-0 SP - 84 EP - 94 PB - Eigenverlag, Chemnitz CY - Chemnitz ER - TY - CHAP A1 - Kilian, Andrè A1 - Rogovits, Rainer A1 - Winkelmann, Ralf ED - Lampke, Thomas ED - Wagner, Guntram ED - Wagner, Martin Franz-Xaver T1 - Dichte, flächige, punktuell verstärkte Verbindungen an beschichteten Bauteilen T2 - Tagungsband zum 20. Werkstofftechnischen Kolloquium, Chemnitz, 2018 N2 - Das thermische Fügen aber auch das Kleben von Bauteilen führt zu einer bzw. erfordert eine Zerstörung der Beschichtung im Bereich der Verbindung. Es wird in diesem Bereich ein Nachbeschichten notwendig. Dieser Prozess ist eine technische Herausforderung, da die häufig existierende Forderung nach optisch einwandfreien Oberflächen kaum garantiert werden kann. Technisch und wirtschaftlich bedeutend sind diese Probleme besonders bei der Herstellung von Verbindungen an endbeschichten Bauteilen. Dieser Beitrag stellt eine Möglichkeit vor, Bauteile mit einer Polymerbeschichtung zu fügen, ohne die Beschichtung im Sichtbereich zu beeinflussen. Es wurde eine Beschichtung entwickelt, welche außer den üblichen Aufgaben, wie Korrosionsschutz, Design usw., selbst die Basis für eine Verbindungsherstellung ist und somit eine weitere Funktion übernimmt. Die Anregung, eine Verbindung einzugehen, erfolgt durch thermo-mechanische Energie. Auf Klebstoffe wird komplett verzichtet. Es sind dichte, flächige Verbindungen herstellbar, welche punktuell unterstützt werden können. Die Qualifizierung des Clinchens für die Herstellung von punktuellen Verbindungen erfordert neben der Werkzeuganpassung auch eine hohe Dehnbarkeit der Beschichtung. Verfahrensparameter werden ebenso wie die Verbindungseigenschaften, einschließlich deren Veränderungen, infolge korrosiver Beanspruchung vorgestellt. KW - Pulverbeschichten KW - Wirbelsintern KW - Induktion KW - Linienförmige Verbindungen KW - Clinchen Y1 - 2018 SN - 978-3-00-058901-0 SP - 284 EP - 294 PB - Eigenverlag, Chemnitz CY - Chemnitz ER - TY - CHAP A1 - Krüger, David A1 - Winkelmann, Ralf ED - Lampke, Thomas ED - Wagner, Guntram ED - Wagner, Martin Franz-Xaver T1 - Punktuelles, thermo-mechanisches Fügen von Aluminiumbauteilen unter Berücksichtigung von Barriereschichten T2 - Tagungsband zum 20. Werkstofftechnischen Kolloquium, Chemnitz 2018 N2 - Die Herstellung punktueller Verbindungen an Leichtbauwerkstoffen wie Aluminium und Magnesium mit dem konventionellen Widerstandspunktschweißen führt zu sehr intensiven Reaktionen zwischen dem Elektroden- und dem Substratwerkstoff. Adhäsions- und Diffusionsprozesse bewirken Veränderungen an der Elektrodenoberfläche und beeinflussen die Eigenschaften der Verbindung, sodass bereits nach wenigen Punkten Nacharbeiten an der Elektrode notwendig werden. Die Intensität der Reaktionen ist abhängig von der Polarität der Elektrode, dem Elektrodenwerkstoff, dem zu fügenden Aluminiumwerkstoff, den Fügeparametern und ggf. vorgesehenen Barriereschichten. Untersucht wurden die Veränderungen infolge der Verbindungsherstellung an konventionellen Cu-Basis-Elektroden sowie die Wirkung von Barriereschichten. Die Nutzung von Barriereschichten erfordert eine Parameteranpassung, dies erfolgte in Vorversuchen. Langzeituntersuchungen bestätigen eine sehr deutliche Erhöhung der Anzahl von Schweißpunkten bei der Existenz von Barriereschichten. Zu begründen ist dies durch die Beeinflussung der Kontaktierung zwischen Elektrode und dem zu fügenden Bauteil. KW - Widerstandspunktschweißen KW - Elektrodenkappen KW - Barriereschichten KW - Standzeiterhöhung Y1 - 2018 SN - 978-3-00-058901-0 SP - 295 EP - 305 PB - Eigenverlag, Chemnitz CY - Chemnitz ER - TY - CHAP A1 - Winkelmann, Ralf A1 - Theisen, Werner ED - Lampke, Thomas ED - Wagner, Guntram ED - Wagner, Martin Franz-Xaver T1 - Geregelte Lichtbogenprozesse für verschleißbeständige Beschichtungen T2 - Tagungsband zum 20. Werkstofftechnischen Kolloquium, Chemnitz, 2018 N2 - Die Art, der Gehalt und die Verteilung von Hartphasen sind ebenso wie ihre Einbindung und die Eigenschaften der Matrix wesentliche Aspekte für die Beurteilung des Verschleißwiderstandes einer Beschichtung bei abrasiver Beanspruchung. Die Entstehung bzw. der Erhalt der Phasen bedarf der Anpassung der Energieführung während des Beschichtungsprozesses. Die Entstehung bzw. der Erhalt der Phasen bedarf bei definierten Legierungskonzept der Anpassung der Energieführung während des Beschichtungsprozesses. In der Kombination von metallurgischen und technologischen Untersuchungen werden FE-Basis Beschichtungen mit WC bzw. WSC-Hartstoffen bei gleichzeitiger Bildung von Monokarbiden des Typs TiC vorgestellt. Mittels Plasma-Pulver-Panzerungs-Verfahren und geregelten Kurzlichtbogenprozessen entstehen Beschichtungen die höchsten Ansprüchen an den Verschleißwiderstand bei abrasiver Beanspruchung genügen. KW - Beschichtung KW - Plasma-Pulver-Panzerungs-Verfahren KW - Wolframkarbide KW - geregelte Lichtbogenprozesse Y1 - 2018 SN - 978-3-00-058901-0 SP - 577 EP - 588 PB - Eigenverlag, Chemnitz CY - Chemnitz ER - TY - CHAP A1 - Schreiber, Frank A1 - Erpel, Tim A1 - Allebrodt, Benedikt A1 - Wilden, Johannes A1 - Winkelmann, Ralf T1 - Korrosions- und Verschleißschutz - Trends und Anwendungsbereiche durch den Einsatz des MSG-Schweißens und seiner Varianten T2 - DVS Berichte, DVS Congress - Große Schweißtechnische Tagung - DVS-Studentenkongress, Düsseldorf 26.-29.9.2017 N2 - Durch Verschleiß und Korrosion an Maschinen und Bauteilkomponenten des Anlagenbaus, z. B. bei Anlagen im Bergbau oder zur Erzaufbereitung werden erhebliche volkswirtschaftliche Verluste verursacht. Eine wirtschaftliche und effektive Schutzmaßnahme technischer Funktionsoberflächen stellt nach wie vor das Auftragschweißen dar. Insbesondere Hochleistungsverfahren, wie Plasma-Pulver-(PTA)- und Laser-Pulver-(LPA) Auftragschweißen, wer-den aufgrund ihrer mittlerweile hohen Abschmelzleistungen verbunden mit einer hohen Schichtqualität vermehrt eingesetzt und verdrängen zunehmend das klassische Metall-Schutzgas-(MSG)-Auftragschweißen. Innovative Verfahrensvarianten des MSG-Schweißens, wie das Schweißen mit geregelten Kurzlichtbögen oder das AC-MSG-Schweißen, wurden in den letzten Jahren speziell für das Auftragschweißen untersucht und können eine wirtschaftliche Alternative zu Plasma- und Laserprozessen darstellen. Anwendungsorientiert werden im Rahmen des Beitrags am Beispiel des Einsatzes typischer Verschleißschutzlegierungen auf Eisen-, Nickel- und Kobaltbasis die MSG-Varianten vorgestellt und Laser- sowie Plasma-Pulver-Auftragschweißungen gegenübergestellt. KW - Korrosions- und Verschleißschutz KW - MSG-Schweißen KW - Auftragschweißen KW - Beschichtungen Y1 - 2017 SN - 978-3-96144-008-5 SP - 257 EP - 263 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf ER - TY - GEN A1 - Krüger, David A1 - Winkelmann, Ralf T1 - Punktuelles, thermo-mechanisches Fügen von Aluminiumbauteilen unter Berücksichtigung von Barriereschichten T1 - Punctual, thermo-mechanical joining of aluminum components in consideration of barrier layers T2 - WOMAG : Kompetenz in Werkstoff und funktioneller Oberfläche N2 - Die Herstellung von punktuellen Verbindungen an Leichtbauwerkstoffen wie Aluminium und Magnesium mit dem konventionellen Widerstandspunktschweißen führt zu sehr intensiven Reaktionen zwischen dem Elektroden- und dem Substratwerkstoff. Adhäsions- und Diffusionsprozesse bewirken Veränderungen an der Elektrodenoberfläche und beeinflussen die Eigenschaften der Verbindung, sodass bereits nach wenigen Punkten Nacharbeiten an der Elektrode notwendig werden. Die Intensität der Reaktionen ist abhängig von der Polarität der Elektrode, dem Elektrodenwerkstoff, dem zu fügenden Aluminiumwerkstoff, den Fügeparametern und gegebenenfalls von vorgesehenen Barriereschichten. Untersucht wurden die Veränderungen infolge der Verbindungsherstellung an konventionellen Kupfer-Basis-Elektroden sowie die Wirkung von Barriereschichten. Die Nutzung von Barriereschichten erfordert eine Parameteranpassung, die in Vorversuchen durchgeführt wurde. Langzeituntersuchungen bestätigen eine sehr deutliche Erhöhung der Anzahl von Schweißpunkten bei der Existenz von Barriereschichten. Zu begründen ist dies durch die Beeinflussung der Kontaktierung zwischen Elektrode und dem zu fügenden Bauteil. N2 - The production of punctual connections on lightweight materials such as aluminum and magnesium using conventional resistance spot welding leads to very intense reactions between the electrode and the substrate material. Adhesion and diffusion processes cause changes at the electrode surface and influence the properties of the connection, so that a rework of the electrode becomes necessary after just a few points. The intensity of the reactions depends on the polarity of the electrode, the electrode material, the aluminum material to be joined, the joining parameters and, if applicable, the designated barrier layers. Changes due to the production of connections with conventional copper-based electrodes and the effect of barrier layers were examined. The use of barrier layers requires an adjustment of parameters which was conducted in preliminary experiments. Long-term studies confirm a very significant increase of the number of spot welds due to the existence of barrier layers. The reason for that is the influence of the contacting between electrode and the components to be joined. KW - Punktschweißen KW - Aluminium KW - Barriereschichten Y1 - 2018 SN - 2195-5905 VL - 7 IS - S. 5 SP - 4 ER - TY - CHAP A1 - Scheibe, Karsten A1 - Pokhmurskyy, Andriy A1 - Winkelmann, Ralf T1 - Beurteilung von MMC’s durch Metallografie und quantitative Gefügeanalyse T2 - Verschleißschutz von Bauteilen durch Auftragschweißen, Vorträge der 12. Fachtagung Verschleißschutz von Bauteilen durch Auftragschweißen in Halle (Saale) am 13. und 14. Juni 2018 N2 - Die tribologischen Eigenschaften der durch Auftragschweißen hergestellten Beschichtungen ergeben sich aus der Aufmischung, der Zusatzwerkstoffsorte und den Schweißparametern. Veränderungen dieser Einflussgrößen werden zwangsläufig Veränderungen der tribologischen Eigenschaften verursachen. Diese sind gut durch vergleichend durchgeführte Verschleißprüfungen zu bewerten, wobei Ergebnisse wie die Verschleißrate streng genommen nur für die definierte Beanspruchungssituation gelten. Es handelt sich um eine integrale Bewertung. Punktuelle metallografische Untersuchungen liefern konventionell Erklärungen für die integrale Bewertung der Beschichtung, z. B. für die registrierten Verschleißraten einschließlich ihrer Veränderungen. An Metall-Matrix-Compositen (MMC) werden Kriterien wie die Auflösung der Hartstoffe durch das Ausmessen des Saumes oder verbale Beschreibungen wie eine gleichmäßige Hartstoffverteilung usw. benutzt, um die registrierten tribologische Eigenschaften zu erklären. Die durchgeführten Untersuchungen liefern einen Beitrag dazu, diese punktuelle und beschreibende Wertung zu quantifizieren, zu objektivieren. Es werden im Zusammenwirken von klassischer Metallografie, der entwickelten quantitativen Gefügeanalyse und den Verschleißuntersuchungen Erklärungen für die sich aus beschichtungstechnischen Veränderungen ergebenden Verschleißraten abgeleitet. Die Verfahren zur Klassifizierung bildanalytischer Merkmale werden vorgestellt, deren Grenzen beispielhaft diskutiert und Alternativen beschrieben. Mit dem Ziel, die registrierten Verschleißraten zu erklären, werden in diesem Beitrag eine quantifizierte volumetrische Analyse des Gefüges, eine Strukturanalyse und die Beurteilung der Textur an MMC-Auftragschweißschichten vorgestellt. Die Herangehensweise von der Strukturanalyse bis zur Quantifizierung der Textur wird verdeutlicht. Anhand von ausgewählten Beispielen werden Methoden zur Hartstoffanalyse, die Bestimmung der Texturparameter als Bestandteil der quantitativen Gefügeanalyse diskutiert. KW - Metall-Matrix-Composite KW - Metallografie KW - Quantitative Gefügeanalyse KW - Wolframschmelzkarbid KW - Texturbasierte Segmentierung Y1 - 2018 SP - 36 EP - 42 PB - Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt Halle GmbH CY - Halle (Saale) ER - TY - CHAP A1 - Lanz, Oliver A1 - Winkelmann, Ralf T1 - Verschleißbeständige Beschichtungen mit Macroline® und konventionellem WSC im Test T2 - Verschleißschutz von Bauteilen durch Auftragschweißen, Vorträge der 12. Fachtagung Verschleißschutz von Bauteilen durch Auftragschweißen in Halle (Saale) am 13. und 14. Juni 2018 N2 - Eine hohe Verschleißbeständigkeit mittels Auftragschweißen hergestellter Beschichtungen bei abrasiver Beanspruchung durch grobe Partikel erfordert die Arbeit mit groben Hartstoffen ausreichender Menge und Verteilung, geringer Auflösung und sicherer Haftung in einer genügend harten aber auch zähen Matrix. Eine besondere Bedeutung unter den Hartstoffen nimmt das Wolframschmelzkarbid (WSC) ein. Während Härte und Zähigkeit den Anforderungen gut entsprechen, ist die thermische Belastbarkeit begrenzt. Unter Beachtung der chemischen Konfiguration des WSC (konventionelles WSC; Macroline®), der Morphologie, der Energiequelle (Laser- und Plasma-Pulver-Auftragschweißen) und der Matrix (Ni-und Fe-Basis) wurden Untersuchungen zur Bewertung der Auflösung, der Einbindung in die Matrix und der Verschleißbeständigkeit hergestellten Schichten durchgeführt. Die thermische Belastung der unterschiedlichen Karbide erfolgte bei Variation der Umgebungsbedingungen. Als Beurteilungskriterien fungierte die Dicke des sich bildenden Saumes. Die an Auftragschweißungen durchgeführten metallografischen Untersuchungen gestatten Hinweise zur Einbindung der Hartstoffe, zur Bildung neuer Phasen. Eine erste Einschätzung der Eigenschaften des Saumes und der sich neu bildenden Phasen sind mittels Härtemessungen möglich. Die Ergebnisse von Abrasiv-Gleitverschleißuntersuchungen liefern Angaben zur Verschleißrate und die Beurteilung der Oberfläche der verschlissenen Bereiche der Beschichtung bietet Erklärungen hierfür. KW - Verschleißbeständige Beschichtungen KW - Wolframschmelzkarbid KW - Auftragschweißen Y1 - 2018 SP - 30 EP - 35 PB - Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt Halle GmbH CY - Halle (Saale) ER - TY - CHAP A1 - Winkelmann, Ralf A1 - Schreiber, Frank T1 - Verschleißschutz durch den Einsatz des Metallschutzgaswechselstrom- (MSG-AC-) Schweißens: Trends und Anwendungsbereiche T2 - Verschleißschutz von Bauteilen durch Auftragschweißen, Vorträge der 12. Fachtagung Verschleißschutz von Bauteilen durch Auftragschweißen in Halle (Saale) am 13. und 14. Juni 2018 N2 - Durch abrasiven Verschleiß an Maschinen und Bauteilkomponenten des Anlagenbaus, z.B. den Anlagen im Bergbau und der Erzaufbereitung, werden erhebliche volkswirtschaftliche Verluste verursacht. Eine wirtschaftliche und effektive Schutzmaßnahme technischer Funktionsoberflächen stellt nach wie vor das Auftragschweißen dar. Insbesondere Hochleistungsverfahren wie Plasma-Pulver-(PTA)- und Laser-Pulver-(LPA) Auftragschweißen werden aufgrund der hohen Abschmelzleistungen verbunden mit einer hohen Schichtqualität vermehrt eingesetzt und verdrängen zunehmend das klassische Metall-Schutzgas-(MSG)-Auftrag-schweißen. Innovative Verfahrensvarianten des MSG-Schweißens wie das MSG-AC-Schweißen wurden in den letzten Jahren speziell für das Auftragschweißen weiterentwickelt und stellen eine wirtschaftliche Alternative dar. Anwendungsorientiert soll im Rahmen des Beitrags am Beispiel des Einsatz typischer Verschleißschutzlegierungen auf Eisen-, Nickel- und Kobaltbasis die MSG-AC-Variante vorgestellt sowie die Leistungsfähigkeit und die erreichbaren Schichteigenschaften im Vergleich zu differierender Lichtbogenarten diskutiert und gegenübergestellt werden. Beurteilungskriterien sind die Abschmelzleistung, der Einbrand und die Verluste. KW - Metallschutzgaswechselstrom-Schweißen KW - Auftragschweißen KW - Verschleißschutz Y1 - 2018 SP - 90 EP - 96 PB - Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt Halle GmbH CY - Halle (Saale) ER - TY - GEN A1 - Ring, Uwe A1 - Fischer, Peter A1 - Jost, Gregor A1 - Winkelmann, Ralf T1 - Expositionsreduzierte Herstellung korrosionsbeständiger Beschichtungen T2 - WOMAG: Kompetenz in Werkstoff und funktioneller Oberfläche N2 - Das Lichtbogen-Draht-Spritzen mit Zink (Zn)-Basis-Werkstoffen ist eine gängige Technologie zur Herstellung korrosionsbeständiger Beschichtungen. Die hergestellten Schichten haben sich bei einer Vielzahl moderater korrosiver Beanspruchungen bewährt. Weniger positiv wird die Technologie hinsichtlich der Overspray-Verluste und der Belastung der Ausführenden sowie der Umwelt durch Zink-Rauch beurteilt. Um diese Nachteile zu reduzieren und gleichzeitig die Korrosionsbeständigkeit der Beschichtungen zu erhöhen, wurden das Flüssigkeitsspritzen entwickelt und neue Werkstoffe qualifiziert. Es galt, eine geeignete Apparatur zu konzipieren, zu konstruieren, zu fertigen und zu erproben. Die Prozesstemperatur war unterhalb der Sublimationstemperatur des Zusatzwerkstoffes einzustellen. Es wurden Spritzparameter bestimmt, die zu hoch duktilen, sehr dichten und korrosionsbeständigen Schichten führten. Die Overspray-Verluste liegen deutlich unter 20 % und die Emission von Zink-Rauch ist extrem gering. Dieses Verfahren bietet sehr gute Voraussetzungen dafür, auch nicht zu Drähten verarbeitbare Werkstoffe für die Herstellung gespritzter Schichten nutzen zu können. Somit wird die Palette spritzbarer Werkstoffe deutlich erweitert und den Forderungen nach höherer Korrosionsbeständigkeit der Beschichtung besser entsprochen. N2 - Arc-wire-spraying applying zinc based materials is a commonly used technology to create corrosion-resistant coatings. The layers produced have proven itselves with a variety of moderate corrosive stresses. The technology is assessed as less positive in terms of overspray losses and load on the operators and the environment by zinc smoke. To reduce these disadvantages while enhancing corrosion resistance of these coatings liquid spraying was developed and new materials were qualified. For this purpose, a suitable apparatus was designed, constructed, manufactured and tested. The process temperature could be set below the sublimation temperature of the filler material. Spraying parameters were determined that resulted in highly ductile, very dense and corrosion resistant layers. The overspray losses are well below 20% and the emission of zinc smoke is extremely low. This procedure offers good conditions for using even non-wire workable materials for the production of sprayed coatings. Thus, the range of sprayable materials is significantly expanded and the demands for higher corrosion resistance of the coating are met better. KW - Zinkbeschichtung KW - Expositionsreduziert KW - Korrosionsschutz Y1 - 2018 UR - https://www.wotech-technical-media.de/womag/ausgabe/2018/09/September.php SN - 2195-5905 VL - 7 IS - 9 SP - 22 EP - 24 ER - TY - GEN A1 - Krüger, David A1 - Aldarawish, Nazeeh A1 - Kirsten, Andreas A1 - Winkelmann, Ralf ED - Lampke, Thomas ED - Wagner, Guntram ED - Wagner, Martin Franz-Xaver T1 - Spritzen von Metall-Hartstoff-Verbundschichten T2 - Tagungsband zum 21. Werkstofftechnischen Kolloquium, 06. und 07.03.2019 in Chemnitz N2 - Die technischen Möglichkeiten der Herstellung von Metall-Hartstoff-Verbundschichten mit den Verfahren des thermischen Spritzens sind hinsichtlich der Hartstoffkorngröße begrenzt. Diese Einschränkung bedeutet eine geringe Verschleißbeständigkeit der konventionell hergestellten Schichten bei grob-abrasiver Beanspruchung. Untersuchungen mit dem Ziel gröbere Hartstoffe in Spritzschichten zu positionieren, waren bisher wenig erfolgreich. Es kommt zu einer Zerstörung der separat zugeführten Hartstoffe und einer meist sehr deutlichen Reduzierung der Auftragsrate. Eine Analyse der vorhandenen Überlegungen und Untersuchungsergebnisse führte zu der Erkenntnis, dass eine die Hartstoffe und die Matrix anziehende Energiewirkung notwendig ist, um den Verbund zu erzielen. Um eine anziehende Komponente zu erzielen, wurde bei den durchgeführten Untersuchungen eine elektrostatische Aufladung der Hartstoffe benutzt. In den hergestellten Beschichtungen konnten dadurch circa 20 Vol.-% separat zugeführte Hartstoffe unaufgeschmolzen registriert werden. Eine Beeinträchtigung der Auftragsrate war nicht zu registrieren. Werden die Parameter Druck, Temperatur und das chemische Potenzial optimiert, ist auch eine sichere stoffschlüssige Einbindung keramischer Hartstoffe in einer Eisenbasis-Matrix nachweisbar. Die Alternative der Integration der Hartstoffe wäre eine mechanische Verklammerung. Daraus resultierende Risse um den Hartstoff wurden nicht nachgewiesen. Der Hartstoff wirkt in den hergestellten Beschichtungen eindeutig als Keim und nicht als fremdes Element bei der Entstehung des Gefüges. Die Ergebnisse der Verschleißversuche an derart hergestellten Beschichtungen verdeutlichen eine nahezu Halbierung der Verschleißrate gegenüber der rein metallischen Beschichtung infolge der zugeführten Hartstoffe und ihrer metallischen Einbindung in die Schicht. KW - Verschleißbeständige Beschichtungen KW - Lichtbogenspritzen KW - Aluminium-Zirkonoxid Y1 - 2019 SN - 978-3-00-062158-1 SN - 1439-1597 SP - 235 EP - 243 PB - TU Chemnitz, Fakultät für Maschinenbau, Eigenverlag CY - Chemnitz ER - TY - GEN A1 - Scheibe, Karsten A1 - Winkelmann, Ralf ED - Lampke, Thomas ED - Wagner, Guntram ED - Wagner, Martin Franz-Xaver T1 - Quantitative Analyse der Reaktionen von WxCy-Hartstoffen in auftragsgeschweißten metallischen Beschichtungen T2 - Tagungsband zum 21. Werkstofftechnischen Kolloquium am 06. und 07.03.2019, Chemnitz, 2019 N2 - Die tribologischen Merkmale der durch Auftragschweißen hergestellten Beschichtungen ergeben sich aus den Eigenschaften der Grund- und Zusatzwerkstoffe, den Beschichtungsparametern sowie deren Wechselwirkungen. Veränderungen dieser Parameter werden zwangsläufig Veränderungen der tribologischen Merkmale verursachen. Diese sind gut durch vergleichend durchgeführte Verschleißprüfungen zu beurteilen, wobei Ergebnisse wie die Verschleißrate streng genommen nur für die beurteilte Beanspruchungssituation gelten. Metallografische Untersuchungen sollen helfen, Erklärungen für die registrierten Verschleißraten einschließlich deren Veränderungen zu finden. Sie sollten daher ebenfalls vergleichbare Angaben liefern. Bei Metall-Matrix-Compositen (MMC) können verschiedene Kriterien (z.B. Auflösung der Hartstoffe, Struktur der Auflösung, Einbettung, Saum des Hartstoffs, sich bildende neue Gefüge und deren Eigenschaften) genutzt werden, um tribologische Merkmale zu quantifizieren. Ziel der durchgeführten Untersuchungen ist es, einen Beitrag zur Objektivierung metallografischer Untersuchungen zu liefern. Es sollen im Zusammenwirken von klassischer Metallografie, Bildanalyse und Verschleißuntersuchungen Erklärungen für die sich aus beschichtungstechnischen Veränderungen ergebenden Verschleißwerten abgeleitet werden. Hierfür ist einer qualitativ hochwertigen Bildanalyse erforderlich. In diesem Beitrag werden die entwickelten Verfahren zur Klassifizierung Bildanalytischer Merkmale beschrieben, deren Grenzen diskutiert aber auch Lösungen und Alternativen beschrieben. Es werden Ergebnisse der Verschleißuntersuchung mit denen der Bildanalyse ergänzt. KW - Quantitative Gefügeanalyse KW - Metall-Matrix-Composite KW - Bildanalytik Y1 - 2019 SN - 978-3-00-062158-1 SN - 1439-1597 SP - 254 EP - 267 PB - TU Chemnitz, Fakultät für Maschinenbau, Eigenverlag CY - Chemnitz ER - TY - GEN A1 - Winkelmann, Ralf ED - Lampke, Thomas ED - Wagner, Guntram ED - Wagner, Martin Franz-Xaver T1 - Beschichtungen aus Metallen und Metall-Hartstoff- Compositen T2 - Tagungsband zum 21. Werkstofftechnischen Kolloquium am 06. und 07.03.2019, Chemnitz, 2019 N2 - Bauteile werden häufig mit Beschichtungen versehen, um einen wirtschaftlichen Betrieb von Geräten und Anlagen zu ermöglichen bzw. deutlich zu verbessern. Die Beschichtung übernimmt die Aufgabe, äußeren Beanspruchungen zu widerstehen. Eine hohe volkswirtschaftliche Bedeutung kommt dem Korrosions- und Verschleißschutz zu. Die hervorragenden Eigenschaften von Stählen können durch die Berücksichtigung von Beschichtungen deutlich länger genutzt werden. Die Beschichtungen sollen ausreichend haften und den äußeren Einflüssen möglichst solange widerstehen, bis eine Aussonderung der beschichteten Bauteile bzw. der Anlage vorgesehen ist. Der Beschichtungsprozess erfordert drei technologische Schritte, die Substratvorbehandlung, die Vorbereitung des Beschichtungswerkstoffes und die Beschichtungsherstellung. Für den Korrosions- und Verschleißschutz kommt den metallischen Beschichtungen, welche durch die Verfahren des Auftragschweißens bzw. des Spritzens hergestellt werden, eine besondere Bedeutung zu. Dies ist zurückzuführen auf den erzielten hohen Mechanisierungsgrad bei der Beschichtungsherstellung, die hervorragende Recyclingfähigkeit und eine hohe Nachhaltigkeit. Bei abrasiver Verschleißbeanspruchung müssen Metalle durch Hartstoffe verstärkt werden. Diese können sich aus der Schmelze herausbilden oder separat zugeführt werden. Für besonders schwierige Situation werden auch Hartstoffe mit hoher Bildungsenthalpie berücksichtigt. Dies allerdings führt zu Bindungsproblemen. Technisch-technologische Lösungen für diese Probleme wurden bzw. werden z.Zt. erarbeitet. Kenntnisse zu den Bindungsmechanismen sind eine Voraussetzung für die Entwicklung neuer hoch abrasionsbeständiger Schichtsysteme. Die große wirtschaftliche Bedeutung bergründet die Fokussierung der Ausführungen auf Beschichtungen, die mittels Auftragschweißen hergestellt werden. KW - Metalle KW - Metalll-Hartstoff-Composite KW - Beschichtungen KW - Korrosionsschutz KW - Verschleißschutz Y1 - 2019 SN - 978-3-00-062158-1 SN - 1439-1597 SP - 27 EP - 37 PB - TU Chemnitz, Fakultät für Maschinenbau, Eigenverlag CY - Chemnitz ER - TY - GEN A1 - Schreiber, Frank A1 - Erpel, Tim A1 - Allebrodt, Benedikt A1 - Winkelmann, Ralf ED - Lampke, Thomas ED - Wagner, Guntram ED - Wagner, Martin Franz-Xaver T1 - Auftragschweißen verschleißbeständiger Beschichtungen: Zusatzwerkstoffe und ihre Verarbeitungstechnologie T2 - Tagungsband zum 21. Werkstofftechnischen Kolloquium am 06. und 07.03.2019, Chemnitz, 2019 N2 - Im Bereich des Verschleiß- und Korrosionsschutzes durch Auftragschweißen werden verschiedene Schweißverfahren eingesetzt. Dazu zählen technologisch weniger anspruchsvolle Anwendungen wie das Acetylen-Sauerstoff-Schweißen oder das E-Hand- Schweißen mit Stabelektroden, über klassische Verfahren wie das MIG/MAG- oder WIG-Schweißen bis hin zu jüngeren Verfahren wie dem Plasma-Pulver-Auftragschweißen oder dem Laser-Auftragschweißen. Allen Verfahren ist gemein, dass die charakteristischen Eigenschaften wie z.B. die erzeugte Schichtqualität, die Abschmelzleistung oder die Wirtschaftlichkeit erheblich von den einzusetzenden Schweißzusätzen in Form von Stäben, Schnüren, Füll- und Massivdrähten oder Metall- und Mischpulvern abhängen. Im Rahmen dieses Beitrages soll anhand der europäischen Norm EN 14700 auf die Besonderheiten bei der Auswahl der Schweißzusätze und deren Besonderheiten aus industrieller Sicht eingegangen werden. KW - Auftragschweißen KW - Verschleißschutz KW - Korrosionsschutz KW - Schweißverfahren KW - Schweißzusätze Y1 - 2019 SN - 978-3-00-062158-1 SN - 1439-1597 SP - 268 EP - 279 PB - TU Chemnitz, Fakultät für Maschinenbau, Eigenverlag CY - Chemnitz ER - TY - GEN A1 - Winkelmann, Ralf T1 - Beschichtungen aus Metallen und Metall-Hartstoff-Compositen T2 - WOMAG: Kompetenz in Werkstoff und funktioneller Oberfläche N2 - Bauteile werden häufig mit Beschichtungen versehen, um einen wirtschaftlichen Betrieb von Geräten und Anlagen zu ermöglichen beziehungsweise deutlich zu verbessern. Die Beschichtung übernimmt die Aufgabe, äußeren Beanspruchungen zu widerstehen. Eine hohe volkswirtschaftliche Bedeutung kommt dem Korrosions- und Verschleißschutz zu. Die hervorragenden Eigenschaften von Stählen können durch die Berücksichtigung von Beschichtungen deutlich länger genutzt werden. Die Beschichtungen sollen ausreichend haften und den äußeren Einflüssen möglichst solange widerstehen, bis eine Aussonderung der beschichteten Bauteile beziehungsweise der Anlage vorgesehen ist. Der Beschichtungsprozess erfordert drei technologische Schritte, die Substratvorbehandlung, die Vorbereitung des Beschichtungswerkstoffes und die Beschichtungsherstellung. Für den Korrosions- und Verschleißschutz kommt den metallischen Beschichtungen, welche durch die Verfahren des Auftragschweißens beziehungsweise des Spritzens hergestellt werden, eine besondere Bedeutung zu. Dies ist zurückzuführen auf den erzielten hohen Mechanisierungsgrad bei der Beschichtungsherstellung, die hervorragende Recyclingfähigkeit und eine hohe Nachhaltigkeit. Bei abrasiver Verschleißbeanspruchung müssen Metalle durch Hartstoffe verstärkt werden. Diese können sich aus der Schmelze herausbilden oder separat zugeführt werden. Für besonders schwierige Situationen werden auch Hartstoffe mit hoher Bildungsenthalpie berücksichtigt. Dies allerdings führt zu Bindungsproblemen. Technisch-technologische Lösungen für diese Probleme wurden beziehungsweise werden derzeit erarbeitet. Kenntnisse zu den Bindungsmechanismen sind eine Voraussetzung für die Entwicklung von neuen hoch abrasionsbeständigen Schichtsystemen. Die große wirtschaftliche Bedeutung bergründet die Fokussierung der Ausführungen auf Beschichtungen, die mittels Auftragschweißen hergestellt werden. Y1 - 2019 SN - 2195-5905 VL - 8 IS - 5 SP - 18 EP - 19 ER - TY - GEN A1 - Scheibe, Karsten A1 - Winkelmann, Ralf T1 - Quantitative Analyse der Reaktionen von WxCy-Hartstoffen in auftragsgeschweißten metallischen Beschichtungen T2 - WOMAG: Kompetenz in Werkstoff und funktioneller Oberfläche N2 - Die tribologischen Merkmale der durch Auftragschweißen hergestellten Beschichtungen ergeben sich aus den Eigenschaften der Grund- und Zusatzwerkstoffe, den Beschichtungsparametern sowie deren Wechselwirkungen. Veränderungen dieser Parameter werden zwangsläufig Veränderungen der tribologischen Merkmale verursachen. Diese sind gut durch vergleichend durchgeführte Verschleißprüfungen zu beurteilen, wobei Ergebnisse wie die Verschleißrate streng genommen nur für die beurteilte Beanspruchungssituation gelten. Metallografische Untersuchungen sollen helfen, Erklärungen für die registrierten Verschleißraten einschließlich deren Veränderungen zu finden. Sie sollten daher ebenfalls vergleichbare Angaben liefern. Bei Metall-Matrix-Compositen (MMC) können verschiedene Kriterien (z. B. Auflösung der Hartstoffe, Struktur der Auflösung, Einbettung, Saum des Hartstoffs, sich bildende neue Gefüge und deren Eigenschaften) genutzt werden, um tribologische Merkmale zu quantifizieren. Ziel der durchgeführten Untersuchungen ist es, einen Beitrag zur Objektivierung von metallografischen Untersuchungen zu liefern. Es sollen im Zusammenwirken von klassischer Metallografie, Bildanalyse und Verschleißuntersuchungen Erklärungen für die sich aus beschichtungstechnischen Veränderungen ergebenden Verschleißwerte abgeleitet werden. Hierfür ist eine qualitativ hochwertige Bildanalyse erforderlich. In diesem Beitrag werden die entwickelten Verfahren zur Klassifizierung von bildanalytischen Merkmalen beschrieben, deren Grenzen diskutiert, aber auch Lösungen und Alternativen beschrieben. Es werden Ergebnisse der Verschleißuntersuchung mit denen der Bildanalyse ergänzt. KW - Quantitative Analyse KW - Metall-Matrix-Composite KW - Bildanalyse Y1 - 2019 SN - 2195-5905 VL - 8 IS - 4 SP - 4 EP - 5 ER - TY - GEN A1 - Schreiber, Frank A1 - Erpel, Tim A1 - Allebrodt, Benedikt A1 - Winkelmann, Ralf T1 - Auftragschweißen verschleißbeständiger Beschichtungen: Zusatzwerkstoffe und ihre Verarbeitungstechnologie T2 - WOMAG: Kompetenz in Werkstoff und funktioneller Oberfläche N2 - Im Bereich des Verschleiß- und Korrosionsschutzes durch Auftragschweißen werden verschiedene Schweißverfahren eingesetzt. Dazu zählen technologisch weniger anspruchsvolle Anwendungen wie das Acetylen-Sauerstoff-Schweißen oder das E-Hand-Schweißen mit Stabelektroden, über klassische Verfahren wie das MIG/MAG- oder WIG-Schweißen bis hin zu jüngeren Verfahren wie dem Plasma-Pulver-Auftragschweißen oder dem Laser-Auftragschweißen. Allen Verfahren ist gemein, dass die charakteristischen Eigenschaften, wie zum Beispiel die erzeugte Schichtqualität, die Abschmelzleistung oder die Wirtschaftlichkeit, erheblich von den einzusetzenden Schweißzusätzen in Form von Stäben, Schnüren, Füll- und Massivdrähten oder Metall- und Mischpulvern abhängen. Anhand der europäischen Norm EN 14700 wird auf die Besonderheiten bei der Auswahl der Schweißzusätze und deren Merkmale aus industrieller Sicht eingegangen. KW - Auftragschweißen KW - Zusatzwerkstoffe KW - Verschleißschutz KW - Korrosionsschutz KW - Schweißzusätze Y1 - 2019 SN - 2195-5905 VL - 8 IS - 6 SP - 4 EP - 5 ER - TY - GEN A1 - Winkelmann, Ralf A1 - Kilian, Andrè A1 - Rogovits, Rainer T1 - Punktuelle und flächige Verbindungen an beschichteten Bauteilen T2 - JOT - Journal für Oberflächentechnik N2 - Das thermische Fügen aber auch das Kleben von Bauteilen führt zu einer bzw. erfordert eine Zerstörung der Beschichtung im Bereich der Verbindung. Es wird in diesem Bereich ein Nachbeschichten notwendig. Dieser Prozess ist eine technische Herausforderung, da die häufig existierende Forderung nach optisch einwandfreien Oberflächen kaum garantiert werden kann. Technisch und wirtschaftlich bedeutend sind diese Probleme besonders bei der Herstellung von Verbindungen an endbeschichten Bauteilen. Dieser Beitrag stellt eine Möglichkeit vor, Bauteile mit einer Polymerbeschichtung zu fügen, ohne die Beschichtung im Sichtbereich zu beeinflussen. Es wurde eine Beschichtung entwickelt, welche außer den üblichen Aufgaben, wie Korrosionsschutz, Design usw., selbst die Basis für eine Verbindungsherstellung ist und somit eine weitere Funktion übernimmt. Die Anregung, eine Verbindung einzugehen, erfolgt durch thermo-mechanische Energie. Auf Klebstoffe wird komplett verzichtet. Es sind dichte, flächige Verbindungen herstellbar, welche punktuell unterstützt werden können. Die Qualifizierung des Clinchens für die Herstellung von punktuellen Verbindungen erfordert neben der Werkzeuganpassung auch eine hohe Dehnbarkeit der Beschichtung. Verfahrensparameter werden ebenso wie die Verbindungseigenschaften, einschließlich deren Veränderungen, infolge korrosiver Beanspruchung vorgestellt. KW - Fügen KW - Beschichtung KW - Verbindung KW - Thermoplastisch KW - Thermomechanisch Y1 - 2019 U6 - https://doi.org/10.1007/s35144-019-0286-z SN - 0940-8789 SN - 2192-869X VL - 59 IS - 9 SP - 56 EP - 63 ER - TY - GEN A1 - Schreiber, Frank A1 - Winkelmann, Ralf T1 - Laserstrahl-Pulver-Heißdraht-Auftragschweißen mit Fülldrähten zur Herstellung verschleißbeständiger Beschichtungen T2 - DVS Congress 2019 : große Schweißtechnische Tagung : DVS Studentenkongress N2 - Der Laserstrahl hat sich seit langem als Bearbeitungswerkzeug für viele Applikationen (z. B. Schneiden, Schweißen) bewährt. Auf dem Gebiet der Beschichtungstechnik konnte das Laser-Pulver-Auftragschweißen (LPA) durch den Einsatz der Diodentechnik weltweit Anwendungsbereiche erobern, die vorher dem klassischen Plasma-Pulver-Auftragschweißen (PTA) vorbehalten waren [1-2]. Industriell kommen als Schweißzusatz für die Herstellung von korrosions- und/oder verschleißbeständigen Schutzschichten vor allem pulverförmige Werkstoffe auf Eisen-, Nickel- und Kobaltbasis zum Einsatz. Die einstellbaren kleinen Schmelzbäder sind eine gute Basis für die Herstellung von Beschichtungen mit thermisch sensiblen Wolframkarbid-Hartstoffen, sogenannten Metal-Matrix-Composite-(MMC)-Schichten. Die pulverförmigen Matrixwerkstoffe werden in der Regel in großen Mengen gasverdüst. Modifikationen oder Sonderchargen sind nur bedingt verfügbar bzw. sehr kostenintensiv. Der Einsatz von Fülldrähten ist hierfür eine wirtschaftliche Alternative. Kleinstmengen und Sonderchargen sind kurzfristig verfügbar. Durch die zusätzliche Zugabe an Legierungselementen mittels prozessseitiger zusätzlicher Pulverzufuhr lassen sich maßgeschneiderte Beschichtungen herstellen. Im Rahmen dieses Beitrages wird über den Einsatz des einstufigen Beschichtungsverfahrens Laser-Pulver-Heißdraht-Auftragschweißen (LPHD) zum Verschleißschutz berichtet. Es werden die Prozessvarianten mit seitlicher Heißdrahtzufuhr in Kombination mit zusätzlicher Pulverzufuhr vorgestellt. Die entwickelte Laser-Pulver-Heißdraht-Beschichtungsanlage wird beschrieben. Mittels metallografischer und tribologischer Untersuchungen wird das Beschichtungsergebnis bewertet. KW - Laserstrahl KW - Heißdraht KW - Auftragschweißen KW - Wolframschmelzkarbid KW - Verschleißschutz Y1 - 2019 SN - 978-3-96144-066-5 SP - 488 EP - 494 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf ET - 1. Auflage ER - TY - GEN A1 - Rogovits, Rainer A1 - Winkelmann, Ralf T1 - Thermoplastische Pulverlacke für Fügeprozesse entwickelt – Punktuelle und flächige Verbindungen an beschichteten Bauteilen schaffen T2 - Besser Lackieren – Netzwerk für industrielle Lackiertechnik N2 - In Kooperation mit der BTU Cottbus, Fachbereich Fertigungstechnik/ Tribologie, hat das Unternehmen Enviral ein Forschungsprojekt mit dem Ziel bearbeitet, eine Beschichtung zu entwickeln, die infolge der untersuchten thermo-mechanischen bzw. mechanischen Fügeprozesse weder eine funktionelle noch eine optische Beeinträchtigung erfährt. Die Projektbearbeitung wurde durch Mittel des BMWi unterstützt. Das thermische und mechanische Fügen von Bauteilen führt zu einer Zerstörung der Beschichtung im Bereich der Verbindung. Hier wird ein Nachbeschichten notwendig - eine technische Herausforderung, da optisch einwandfreie Oberflächen kaum garantiert werden können. Technisch und wirtschaftlich bedeutend sind diese Probleme besonders bei der Herstellung von Verbindungen an endbeschichten Bauteilen. Die Forscher haben jetzt Möglichkeiten gefunden, Bauteile mit einer Polymerbeschichtung zu fügen, ohne die Beschichtung im Sichtbereich zu beeinflussen. Der entwickelte thermoplastische Pulverlack besitzt zusätzlich zu den üblichen Funktionen wie Korrosionsschutz und Design die Fähigkeit, Verbindungen herzustellen. KW - Pulverlack KW - Thermoplast KW - Fügetechnik Y1 - 2020 UR - https://www.besserlackieren-digital.de/ SN - 1439-409X VL - 2020 IS - 12 ER - TY - GEN A1 - Sevim, Agah Meric A1 - Winkelmann, Ralf T1 - Beschichtungen mit äquimolarer Elementzusammensetzung T2 - DVS CONGRESS - Große Schweißtechnische Tagung - DVS CAMPUS N2 - Die konventionelle Einteilung von Beschichtungen erfolgt nach dem für die Herstellung primär berücksichtigten Element. So sind beispielsweise Eisen(Fe)-, Nickel(Ni)- oder Cobalt(Co)-Basis-Beschichtungen als Verschleißschutz gegen abrasiv-erosive Belastungen bekannt. Um die gewünschten Beschichtungs-eigenschaften zu erzielen, werden die Hauptlegierungselemente durch Zusätze verstärkt. Für das Ziel, einen hohen Verschleißwiderstand zu erzeugen, werden z.B. Zusätze zur Bildung von Karbiden, Boriden bzw. Siliziden zugegeben. In der Beschichtungstechnik bisher weniger bekannte Konfigurationen sind die Hochentropielegierungen (HEA). Es werden fünf oder mehr Elemente zu einer äquimolaren, komplexen Legierung zusammengefasst. Das begrenzte Wissen über die Herstellung und die Eigenschaften derartiger Beschichtungen war Anlass dafür, Untersuchungen durchzuführen. Die Herstellung geeigneter Schweißzusatzwerkstoffe und deren Verarbeitung im Plasma-Pulver-Auftragschweißprozess sind gelungen. Um die Eigenschaften der hergestellten Beschichtungen zu bewerten, erfolgten vergleichende Verschleißuntersuchungen. Als Basis dienten konventionell hergestellte, hoch Vanadium-haltige Fe-Basis-Beschichtungen. Ergänzend zu konventionellen Verschleißprüfungen wurden Messungen mit einem neu entwickelten Strahlverschleißprüfstand durchgeführt. Mit ihm gelingt es, z.B. die praktischen Beanspruchungen an Industriemessern sehr gut zu beurteilen. Die derzeit bekannten Vor- und Nachteile der auftraggeschweißten HEA-Beschichtungen werden zusammenfassend vorgestellt. KW - Beschichtungen KW - Hochentropielegierungen KW - Plasma-Pulver-Auftragschweißen Y1 - 2020 SN - 978-3-96144-098-6 VL - Band 365 SP - 739 EP - 748 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf ER - TY - GEN A1 - Winkelmann, Ralf A1 - Schreiber, Frank T1 - Pulverstrahl-Plasmalichtbogen-Schweißen zur Herstellung metallischer Beschichtungen mit integrierten nicht metallischen Hartstoffen T2 - DVS CONGRESS - Große Schweißtechnische Tagung - DVS CAMPUS N2 - Hoch verschleißbeständige Schichten werden bevorzugt als eine Kombination aus metallischer Matrix mit eingelagerten Hartstoffen (MMC) hergestellt. Die Hartstoffe (HS) bewirken in diesen Schichten den primären Verschleißschutz. Sie werden abhängig von den Eigenschaften des angreifenden Abrasivs insbesondere deren Geometrie gewählt. Begründet durch die hohe Härte und Zähigkeit des Wolframkarbids nimmt es innerhalb der für die Herstellung von Beschichtungen bekannten Hartstoffe eine besondere Rolle ein. Diesen technisch sehr interessanten Eigenschaften stehen ein hohes Versorgungsrisiko sowie eine hohe ökonomische Bedeutung entgegen. Die Verfügbarkeit sowie die sehr deutlichen Preisschwankungen waren Anlass für Überlegungen und Untersuchungen mit dem Ziel, Alternativen zu schaffen. Die Eigenschaften Härte und Zähigkeit können von mehreren nicht metallischen Hartstoffen erreicht werden. Diese weisen jedoch zwei wesentliche, ihrer Nutzung als Zusatzwerkstoff für das Auf-tragschweißen negative Eigenschaften auf: • Nicht metallische Hartstoffe sind sehr leicht und schwimmen daher auf dem Schmelzbad auf. • Der Anteil des kovalenten bzw. heteropolaren Bindungscharakters der benutzten Hartstoffe ist sehr hoch, sodass Reaktionen mit metallischen Matrices als schwierig einzuschätzen sind. Diese Aufgaben galt es zu lösen. Es wurde eine Technologie entwickelt, mit deren Hilfe die leichten nicht metallischen Hartstoffe in das Schmelzbad eingebracht werden und dort mit der metallischen Matrix reagieren. Dieses Verfahren wird als Pulverstrahl-Plasmalichtbogen-Schweißen bezeichnet. Die durchgeführten Verschleißuntersuchungen bestätigen, dass die mit nicht metallischen Hartstoffen verstärkten MMC-Beschichtungen eine Alternative zu wolframkarbidhaltigen Beschichtungen sind. KW - metallische Beschichtungen KW - nicht metallische Hartstoffe KW - Verschleißschutz KW - Pulverstrahl-Plasmalichtbogen-Schweißen Y1 - 2020 SN - 978-3-96144-098-6 SP - 773 EP - 784 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf ER -