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Neben den funktionalen Eigenschaften ist die Haftfestigkeit eines der wichtigsten Kriterien für den industriellen Einsatz von thermisch gespritzten Schichten. Da konventionelle thermische Spritzverfahren fast ausschließlich an Luftatmosphäre durchgeführt werden, führt dies zur Oxidation der Spritzpartikel und der Grenzflächen innerhalb der aufgespritzten Schichten. Konventionelle thermisch gespritzte metallische und metallkeramische Schichten weisen daher eine heterogene Schichtmorphologie mit interlamellaren Oxidsäumen sowie ein eingeschränktes Benetzungsverhalten am Schicht-Substrat Interface auf. Dies hat einen entscheidenden Einfluss auf die Bindungsmechanismen thermisch gespritzter Schichten. Ziel dieser Arbeit ist es, das Potential von thermischen Spritzprozessen in einem Gemisch aus Silan und einem Inertgas bei Umgebungsdruck als Alternative zu den bekannten Vakuum- und Kaltgasspritzverfahren darzustellen. Am Beispiel von lichtbogengespritzten Schichten wird gezeigt, dass der resultierende extrem niedrige Sauerstoffpartialdruck in der silandotierten Prozessatmosphäre die Oxidation während des Beschichtungsprozesses unterdrückt. Dies führt zu Schichten mit reduzierter Porosität und deutlich verbesserten Eigenschaften. Ferner werden so Bedingungen geschaffen, die die Applikation von hochsauerstoffaffinen Werkstoffen mit dem Lichtbogenspritzen erst ermöglichen.

Da das Hochtemperaturreparaturlöten im Vakuum, neben dem Schweißen, bei der Fertigung und Reparatur geometrisch anspruchsvoller Bauteile immer mehr an Bedeutung gewinnt, ist es notwendig, Lötprozesse im Hinblick auf eine weitere Minimierung von Produktionskosten und Steigerung der Produktqualität mit dem Fokus einer ressourcenschonenden Fertigung weiterzuentwickeln. In der Regel werden Hochtemperaturlote in Form von Pasten, Tapes, Melt-Spun Folien und Pulvern hergestellt. Um Bauteile zu löten, wird das (Reparatur-)Lot meist händisch mittels Dosiernadel, Pinsel oder einem Spachtel auf die zu reparierenden Stellen des Bauteils aufgetragen. Durch die pulvermetallurgische Herstellung von Loten besteht weiterhin die Möglichkeit, diese durch thermisches Spritzen zu applizieren. Der Vorteil des Applizierens von Lotwerkstoffen durch thermisches Spritzen besteht darin, dass große Bereiche der zu fügenden oder zu reparierenden Teile endkonturnah beschichtet werden können. In dem vorliegenden Beitrag wird auf thermisch gespritzte Nickel- und Titanbasislote eingegangen. Typische Anwendungsgebiete sind der Maschinen- und Anlagenbau, der Automobilbau, die Biomedizintechnik sowie die Luft- und Raumfahrt. In dieser Arbeit wird gezeigt, wie das Reparaturlöten durch thermisches Spritzen von Turbinenschaufeln in einem Flugzeugtriebwerk eingesetzt werden kann. Die hier vorgestellte Technologie bringt technische und ökonomische Vorteile mit sich und ermöglicht die dem heutigen Stand der Technik entsprechende Prozesskette zur Reparatur von Turbinenschaufeln zu verkürzen.

Zwei Edelstähle werden verglichen, zum einen 1.4301 (AISI 304), ein austenitischer Chrom-Nickel-Stahl, zum anderen 1.4762 (AISI 446), ein ferritischer Chrom-Stahl, der Aluminium enthält. 1.4301 ist leicht durch Vakuumlöten zu fügen, 1.4762 hingegen kaum, da sich während der Wärmebehandlung im Lötofen eine mehrere Mikrometer dicke Aluminiumoxidschicht bildet. Durch den Vergleich der Auswirkungen auf Ober-fläche und Volumen von Wärmebehandlungen bei Sauerstoffpartialdrücken zwischen 10-13 und 10-6 mbar können Rückschlüsse auf die ablaufenden Prozesse gezogen wer-den. Während 1.4301 in der beobachteten Spanne keine Abhängigkeit von Umgebungs- oder Sauerstoffpartialdruck aufweist, offenbart sich bei 1.4762 eine starke Abhängig-keit: Aluminiumoxid bildet sich nur bei Wärmebehandlungen im Hochvakuum, nicht im Ultrahochvakuum. Das Desorptionsverhalten beider Stähle wird untersucht und die Abhängigkeit vom Sauerstoffpartialdruck wird dargestellt. Darauf aufbauend wird ein Desoxidationsmechanismus vorgeschlagen.

Bei der Fertigung von komplexen Stahlblechbauteilen kommen vielfach löttechnische Fertigungsprozesse zum Einsatz, bei denen hochlegierte Stahlkomponenten in Vakuum- oder Schutzgasöfen bei Temperaturen über 1000 °C gefügt werden. Zunehmend ist da-bei das Verbinden von ferritischen mit austenitischen Stahlkomponenten gefragt. Auf-grund unterschiedlicher thermomechanischer Eigenschaften der Werkstoffe können da-bei hohe Eigenspannungen auftreten, die im Vergleich zu Lötbaugruppen aus artglei-chen Stahlsorten zu Bauteilverzug und Reduktion der Verbindungsfestigkeit führen. Zur Untersuchung dieser Problematik wurden Bauteilmodelle aus gelöteten Stahlblechkom-ponenten verwendet, an denen mittels Röntgendiffraktometrie und inkrementellen DMS-Bohrlochmessungen die Eigenspannungszustände im Bereich der Fügezonen in Abhängigkeit von Werkstoffkombinationen, Fügegeometrie und Prozessparametern beim Ofenlöten analysiert wurden. Durch die experimentellen Daten wurden FEM-Si-mulationen, in die eigene Messungen zum temperaturabhängigen Spannungs-Deh-nungs-Verhalten der Stahlbleche implementiert wurden, verifiziert. Die FEM-Simula-tion zur Analyse der Eigenspannungsverteilung in Lötbauteilen ließ sich auf andere Fü-gegeometrien übertragen. Folglich sind entsprechende FEM-Simulationen geeignet, löt-prozessbedingte Eigenspannungen und Deformationen von Blechbaugruppen in Stahl-mischbauweise zu erfassen und somit etwaige konstruktive Optimierungsmaßnahmen vorab zu bewerten.

Die Haftfestigkeit einer thermisch gespritzten Schicht auf dem Grundwerkstoff stellt ein wesentliches Qualitätsmerkmal dar und entscheidet unter anderem, ob der Verbund in der Praxis eingesetzt werden kann. In der industriellen Anwendung haben sich Strahl-prozesse für das Aufrauen und Aktivieren der Substratoberfläche etabliert. Aufgrund der verfahrenstypischen Nachteile und Einschränkungen, die die Strahlprozesse mit sich bringen, kommen zunehmend auch spanende Verfahren zur Oberflächenaktivierung zum Einsatz. Ein bereits bekanntes Beispiel hierfür ist das Einbringen eines Schwalben-schwanzprofils mit Schneidplatten in Aluminium-Zylinderlaufbahnen. Dieses For-schungsvorhaben fokussiert sich auf die Entwicklung innovativer Strukturierungen von Substratoberflächen als Alternative zum konventionellen Strahlspanen. In diesem Bei-trag wird gezeigt, dass die Verfahrenskombination Rändelfräsen und Umwalzen eine effiziente Methode für die Erzeugung von Oberflächenstrukturen zur formschlüssigen Substratanbindung thermisch gespritzter Schichten darstellt.