Thermische Ausdehnung von Hochentropie- Legierungen für Mehrlagenheizsysteme

Mit einem oberflächennahen Heizelement lässt sich die Temperatur im Kunststoffspritzgießen dynamisch steuern, um die Formteilqualität positiv zu beeinflussen. Das Thermische Spritzen erlaubt die Herstellung von Heizschichtsystemen auf entsprechenden Werkzeugoberflächen. Diese Schichtsysteme bestehen aus einer elektrisch leitfähigen Heizschicht, die von keramischen Isolationsschichten umschlossen ist. Unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten (WAK) der einzelnen Lagen beeinträchtigen dabei die Einsatzfähigkeit und Betriebsdauer bei wechselnder thermischer Belastung. Da der WAK der keramischen Isolation relativ niedrig ist, wird eine Heizleiterlegierung mit niedrigem WAK benötigt, um thermisch induzierte Spannungen im Betrieb zu reduzieren. Um den WAK der Hochentropie-Legierung Al0,5CoCrFeNi zu verringern, wurde diese durch Zugabe von Zr und Si in unterschiedlichen Mengen variiert. Zur Bewertung der Eignung als Heizleiterlegierung wurden Dilatometrie und dynamische Differenzkalorimetrie (DSC) durchgeführt. Der WAK nimmt insbesondere mit zunehmendem Legierungsanteil von Zr ab, wodurch die thermischen Missverhältnisse in einem Heizschichtsystem reduziert werden. Da der erzielte WAK unter dem von üblichen Heizleiterlegierungen wie NiCr20 liegt, ist eine längere Betriebsdauer als Heizschicht zu erwarten.