Beschreibung
Die Standzeit von Formen in der Gießereiindustrie ist heute aufgrund der hohen thermischen Belastung während des Gießprozesses sowie Korrosion und Erosion durch das schmelzflüssige Metall sehr gering. Aus diesem Grund werden an besonders beanspruchten Bereichen des Werkzeugs Einsätze aus gesinterten Wolfram-Nickel-Eisen-Pseudolegierungen verwendet. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden die Grundlagen für eine Substitution gesinterter Komponenten durch Beschichtungen auf Basis des Werkstoffsystems WolframNickelEisen geschaffen, wodurch sich ressourcenschonend ein Korrosions und Verschleißschutz auch für großflächige Gießformen und komplexe Geometrien realisieren lässt. Aktuell beschränken sich die metallurgischen Kenntnisse zu diesem Werkstoffsystem auf Prozesstemperaturen und -zeiten, wie sie bei der pulvermetallurgischen Herstellung auftreten. Auf die Prozesstemperaturen und Abkühlraten beim thermischen Beschichten lassen sich diese Erfahrungen nicht übertragen. Aus diesem Grund musste zunächst anhand von umfangreichen Umschmelzversuchen das komplexe kurzzeitmetallurgische Verhalten der Werkstoffe untersucht und verstanden werden, bevor eine geeignete Legierungszusammensetzung für das Beschichten ausgewählt werden konnte. Neben der Legierungszusammensetzung wird das Gefüge in der Schicht maßgeblich durch den Beschichtungsprozess beeinflusst. Hierzu wurden fünf potenziell geeignete Beschichtungstechnologien hinsichtlich ihrer Eignung und der erzielbaren Schichtmorphologie charakterisiert. Dabei kamen sehr unterschiedliche Beschichtungstechnologien zum Einsatz. Technologisch anspruchsvolle Verfahren wie Plasma-Pulver- und Laser-Auftragschweißen, sowie atmosphärisches Plasmaspritzen eignen sich besonders für eine qualitativ hochwertige Beschichtung neuer Kokillen, wohingegen die manuell durchführbaren Technologien WIG-Auftragschweißen und Lichtbogenspritzen die Möglichkeit bieten, verschlissene Werkzeuge vor Ort instand zu setzen. Besondere Beachtung fanden bei der Legierungs- und Technologieentwicklung Anforderungen, die aus der späteren Anwendung an die Oberflächen gestellt werden. Dazu wurde die Beständigkeit der Schichten gegenüber zyklischer Temperaturwechselbelastung und chemischem Angriff durch Metallschmelzen untersucht. Abschließend wurden partiell beschichtete Kerne und Kokillen im realen Gießereibetrieb eingesetzt. Dabei konnte die Standzeit der beschichteten Komponenten gegenüber unbeschichteten Stahlwerkzeugen um bis zu einem Faktor 20 erhöht werden.
