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Additive Manufacturing for Wear and Corrosion Applications

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Die industrielle Anwendung von funktional gradierten Beschichtungen

Eine der modernsten Materialzusammensetzungen für Beschichtungsanlagen, die deren Lebensdauer verlängert, hat in Labors für großes Aufsehen gesorgt. Die industrielle Anwendbarkeit ist jedoch noch Einschränkungen unterworfen. Wissenschaftler haben die industrielle Prozesslinie entwickelt, die erforderlich ist, um Herstellern solche Beschichtungen zur Verfügung stellen zu können.

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Beschichtungen können Schutz gegenüber Korrosion oder Ermüdung bieten und multifunktionale Beschichtungen können sogar beides gleichzeitig in einem einzelnen Kompositwerkstoff erreichen. Es gibt jedoch eine Beschichtung, die in Labors auf der ganzen Welt möglicherweise eine noch bessere Leistung ermöglicht. Man stelle sich eine multifunktionale Beschichtung vor, deren Eigenschaften räumlich variieren und genau dort Schutz bieten, wo dieser gerade gebraucht wird. Funktionale Gradientenwerkstoffe (Functionally Graded Materials, FGMs) schaffen genau dies über Eigenschaften, die sich je nach Tiefe oder Volumen des Materials stufenweise ändern. Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts AMCOR (Additive manufacturing for wear and corrosion applications) wurde ein flexibler automatisierter Prozess für die zuverlässige FGM-Abscheidung in einer industriellen Umgebung entwickelt. Das System des Projekts kombiniert ein Laserbeschichtungsverfahren mit einer nummerisch gesteuerten Positionierung via Computer und 3D-Scanningtechniken. Diese Kombination ermöglicht das Durchführen einer Laserbeschichtung von verschiedenen Orientierungen aus und die Erstellung komplexer 3D-Entwürfe. Im Gegensatz zu konventionellen Herstellungsverfahren verhindert die Laserbeschichtung, dass Material von der Materialmasse entfernt wird. Das Verfahren ermöglicht die Herstellung von Komponenten, die einen um 50 % verbesserten Widerstand gegenüber Abnutzung oder Korrosion bieten. Hierdurch können FGMs für hydraulische Zylinder, Bohrköpfe, Ventilsysteme und Getriebe verwendet werden. Das Projekt war auf FGMs fokussiert, welche die überragende Verschleißresistenz von Metallen mit den großen Betriebstemperaturbereichen von Keramikstoffen kombinieren. Metall-Keramik-FGMs weisen in der Regel eine Zwischenphasenbildung auf, die zu schlechter Benetzung, schlechteren mechanischen Eigenschaften und häufig zu Rissen oder Auflösung führt. Das robotische Abscheidungssystem von AMCOR für die Herstellung korrosions- und verschleißresistenter Anlagen unter Verwendung von FGMs wird einen wesentlichen Beitrag dafür leisten, die EU-Vision für Fabriken der Zukunft zu verwirklichen. Die fortschrittlichen Herstellungstechniken sollen die Anwendung von Laserauftragschweißen (Laser Metal Deposition) und FGMs in vielen Marktsektoren verbessern, um ebenfalls einen wichtigen Beitrag für die europäische Wirtschaft zu leisten.

Schlüsselbegriffe

Beschichtungen, funktional gradierte Materialien, AMCOR, additive Herstellung, Laserbeschichtung

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