Titankarbidverstärkte Eisenbasiswerkstoffe –Eine kostengünstige Lösung für Verschleißschutzanwendungen

Thermisch gespritzte Schichten sind heutzutage für Verschleißschutzanwendungen industriell weit verbreitet. Konventionelle Schichtsysteme sind WC/Co oder Cr3C2/NiCr. Aufgrund ihres hohen Karbidgehalts von mehr als 75 Gew.-% besitzen sie exzellente Verschleißschutzeigenschaften. Jedoch unterliegen die Rohstoffpreise für die Matrixwerkstoffe wie Kobalt oder Nickel starken Fluktuationen und liegen deutlich oberhalb der Preise für Eisen. Ein alternatives Konzept zu den konventionellen Wolfram- oder Chromkarbidschichten basiert daher auf kostengünstigen Eisenbasiswerkstoffen mit einer Titankarbidverstärkung (Fe/TiC). Abhängig vom Kohlenstoffgehalt bieten die Eisenbasiswerkstoffe eine härtbare Matrix für verbesserte Verschleißeigenschaften. Ziel der hier vorliegenden Arbeit ist es, das Potential solcher Eisenbasiswerkstoffe als kostengünstige Alternative zu konventionellen karbidbasierten Schichten für Verschleißschutzanwendungen zu untersuchen. Untersucht worden ist die Verarbeitung von Fe/TiC-Pulvern mit zwei verschiedenen HVOFSystemen. Die Fe/TiC-Schichten sind im Hinblick auf die Mikrostruktur, Härte und Phasenzusammensetzung analysiert worden. Um das Verschleißverhalten zu ermitteln, sind Tribometer-Untersuchungen (Pin-On-Disc-Tests) durchgeführt worden. Zur Einordnung der Leistungsfähigkeit sind die Fe/TiC-Schichten mit Referenzschichtsystemen verglichen worden. Weiterhin sind die Fe/TiC-Schichten wärmebehandelt worden, um die Härtbarkeit der Eisenbasismatrix nach dem thermischen Spritzprozess zu ermitteln. Durch diesen Wärmebehandlungsprozess konnte eine Steigerung der Mikrohärte von bis zu 30 % erreicht werden. Die Ergebnisse der Pin-On-Disc-Tribometer-Untersuchungen zeigen, dass das Verschleißverhalten (Verschleißrate) der Fe/TiC-Schichten (gegen einen Al2O3-Gegenkörper) vergleichbar ist mit dem der getesteten Referenzsysteme. Anhand der Resultate kann gesagt werden, dass TiC-verstärkte Eisenbasisschichten eine kostengünstige Lösung für Verschleißschutzanwendungen bieten. Unter Berücksichtigung aktueller Werkstoffpreise könnten mit solchen Fe/TiC-Schichtsystemen bis zu 50 % an Materialkosten eingespart werden (beispielsweise gegenüber Cr3C2/NiCr 80/20).