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Ultraschallgestützte Nachbehandlung thermisch gespritzter Schichten (USB Spritzschichten)

IGF-Nr.: 19874 N, Laufzeit: 01.01.2018 - 30.06.2020

 

Um das Einsatzgebiet thermischer Spritzschichten zu erweitern sowie die Kosten für hochwertige Schichten zu senken, arbeiten das Institut für Produktionstechnik der Westsächsischen Hochschule Zwickau sowie das Fachgebiet Beschichtungstechnik der Technischen Universität Berlin an einem Nachbehandlungsverfahren auf Basis von Ultraschallschwingungen. Dieses wurde 1972 von Efim Statnikow entwickelt und wird seitdem zur Festigkeitssteigerung von Schweißnähten verwendet. Dabei wird ein Bearbeitungskopf, Indenter genannt, mittels einer Ultraschallschwingung (ca. 20-100kHz) angeregt und anschließend mit definierter Kraft über die zu bearbeitende Oberfläche bewegt. Als Resultat wird zum einen die oberste Schicht verdichtet und Rauigkeiten beseitigt. Zum anderen wird der Spannungszustand im Material verändert: Die Verdichtung erzeugt an der Oberfläche Druckspannungen während die Ultraschallschwingungen in tieferen Lagen einen Abbau herstellungsbedingter Spannungen bewirken.

In Bezug auf thermische Spritzschichten stellen sich hierbei zahlreiche Fragen die im Laufe des Projektes untersucht werden sollen. Diese sind unter anderem:

·         Wie stark kann die Oberflächengüte von Spritzschichten verbessert werden?

·         Können teure, hochkinetische Spritzverfahren mittels Ultraschallnachbehandlung durch günstigere Verfahren substituiert werden?

·         Wie wirken die Effekte des Ultraschallverdichtens mit der speziellen Struktur thermischer Spritzschichten zusammen?

·         Wie wirkt das Verfahren auf andere Materialien als Stahl bzw. welchen Einfluss hat der Substrat-Schicht-Verbund?

·         Welche Vorteile bietet die Ultraschallbehandlung gegenüber konventionellen Verdichtungsverfahren wie z.B. dem Kugelstrahlen?

 

An der TU Berlin werden mit verschiedenen thermischen Spritzverfahren die Proben zur Nachbearbeitung hergestellt und sowohl vor als auch nach der Bearbeitung eingehend untersucht. Ziel ist es, den Einfluss der Ultraschallverdichtung zu erkennen und für die verschiedenen Materialien und Anwendungen optimale Schichtparameter zu finden. Die Ultraschallbehandlung findet an der WHS Zwickau statt. Hier liegt der Fokus auf der Optimierung der Bearbeitungsstrategie, indessen Folge den gewonnenen Erkenntnissen genutzt werden, um neue angepasste Indenter zu entwerfen und zu testen.

 

Das Projekt ist AiF-gefördert und findet in enger Zusammenarbeit mit verschiedenen kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) statt. Am Ende der Projektlaufzeit werden die gewonnen Erkenntnisse in Richtlinien und Merkblättern zusammengefasst. Damit soll die Wettbewerbsfähigkeit von KMU`s erhöht werden, da die USB-Nachbehandlung thermischer Spritzschichten mit geringem Kosteneinsatz die Herstellung hochwertiger Schichten ermöglicht.

 

 

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