Tobias GabrielLaserpulverauftragschweißen auf 0,2 mm dünnen Substraten einer Nickelbasis-Superlegierung für Dichtungsanwendungen im Heißgasbereich | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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ISBN: | 978-3-8440-6339-4 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Series: | Materialwissenschaft | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Keywords: | Laserpulverauftragschweißen; automotive Heißgasdichtung; Nickelbasis-Superlegierung | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Type of publication: | Thesis | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Language: | German | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Pages: | 136 pages | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Figures: | 60 figures | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Weight: | 201 g | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Format: | 21 x 14,8 cm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Binding: | Paperback | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Price: | 45,80 € / 57,30 SFr | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Published: | December 2018 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Abstract: | Die vorliegende Arbeit beschreibt die Entwicklung eines Laserpulverauftragschweißprozesses auf 0,2 mm dünnen Substraten der Nickelbasis-Superlegierung Alloy 718, die in automotiven Dichtungsanwendungen im Heißgasbereich eingesetzt wird. Die Beschichtung soll selektiv im Bereich der wirkenden Linienlasten als Verschleißschutz erzeugt werden. Beschichtet werden die Substrate mit zwei verschiedenen Kobaltbasislegierungen, remanium star und MetcoClad 6F. Um die Ergebnisse der verschiedenen Herstellprozesse miteinander vergleichen zu können, eignet sich besonders der Parameter der Flächenenergiedichte. Mittels der Flächenenergiedichte kann für jeden Prozess ein ideales Prozessfenster angegeben werden. Generell führt eine höhere Flächenenergiedichte zu einer größeren Menge an Energie, welche in die Materialien eingebracht wird. Innerhalb eines funktionierenden Prozessfensters steigen mit der eingebrachten Energie die Spurbreite und -höhe, die Tiefe der Mischungszone und die Einschmelztiefe. Im ersten untersuchten Verfahren werden Substrate einstufig diskontinuierlich beschichtet. Es werden Einzelpunkte jeweils mit Überlapp zum vorhergehenden Punkt gesetzt, so dass eine linienförmige Beschichtung von etwa 7 mm Länge entsteht. In einem statistischen Versuchsplan werden die fünf Parameter Laserleistung, -spotfläche, Schrittweite, Belichtungs- und Abkühlzeit variiert. Zur Steigerung der Beschichtungsgeschwindigkeit werden die Erkenntnisse aus dem diskontinuierlichen Verfahren genutzt, um kontinuierliche Schichten auf ebenen, rechteckigen Blechen zu erzeugen. Um den Einfluss der Fertigungsparameter Laserleistung und Vorschubgeschwindigkeit zu ermitteln, werden diese in einem statistischen Versuchsplan von 80-100 W und 5-7 mm/s variiert. Weitere Proben werden mit geregelter Laserleistung und verschiedenen Vorschubgeschwindigkeiten hergestellt. Um die Beschichtungsgeschwindigkeit in noch größerem Maße zu steigern, wird ein zweistufiges Verfahren angewandt. Die Bleche werden mit 800-1200 mm/s und Laserleistungen von 150-250 W beschichtet. Die Aufmischung zwischen Substrat- und Beschichtungsmaterial ist allerdings sehr hoch. Dadurch zeigt die Beschichtung nicht mehr die gewünschten Eigenschaften des gewählten Beschichtungsmaterials. Im letzten Schritt werden die Erkenntnisse aus dem einstufig kontinuierlichen Beschichtungsprozess auf ebenen, rechteckigen Blechen auf kreisrunde Normringe übertragen. Es werden ebene Normringe und solche mit Vollsicke beschichtet. Aufgrund der Länge der zu erzeugenden kreisrunden Spur von etwa 200 mm werden diese Versuche ausnahmslos mit geregelter Laserleistung hergestellt. Die Vorschubgeschwindigkeit beträgt bis auf wenige Ausnahmen 6 mm/s. Die Ergebnisse der beschichteten Normringe fallen gut aus und zeigen das Potential, das in diesem Verfahren zur Aufbringung von Schutzschichten auf automotiven Heißgasdichtungen liegt. Unter Berücksichtigung aller untersuchten Aspekte in dieser Arbeit lautet die Empfehlung für einen optimalen Beschichtungsprozess auf 0,2 mm dünnen Substraten folgendermaßen: einstufig kontinuierliches Laserpulverauftragschweißen mit MetcoClad 6F, temperaturgeregelt und mit einer Laserspotfläche von 0,05 mm² bei einer Flächenenergiedichte von 51-64 J/mm², einer Pulverförderrate von 3,5 g/min und einem Restsauerstoffgehalt von max. 100 ppm. |