Spektrum Bild 2: Schematische Darstellung der Ausbildung verschiedener Schichten bei Temperaturen < 800 °C beziehungsweise > 1.000 °C. Beschichtungen gegen über den anderen Methoden zur Verringerung der Zunder bil dung verschiedene Vor teile auf: • Leichte Applizierbarkeit, • Inlineverarbeitung, • Verringerung der Sekundärverzunderung. Zur Verringerung der Zunder bildung können ent weder diffusions dichte Beschichtungen, die einen Kontakt des Sauer stoffs mit der Stahl - ober fl äche verhindern, oder Opfer schichten angewendet werden. In der Literatur werden für die technische An wendung verschie dene Beschichtungen beschrieben, die für Temperaturen unter 1.000 °C und Verweil zeiten unter 60 Minuten eine zunder mindernde Wirkung aufweisen 2-6. Bei höheren Temperaturen und längeren Verweilzeiten, wie sie in Wärmofen der Schmiede industrie auftreten, konnte bisher keine zufrieden stellende Verringerung der Zunder bildung erreicht werden. Einsatz nanopartikelhaltiger Beschichtungen zur Verringerung der Zunderbildung Der gezielte Einsatz von nanoskaligen Partikeln in Beschichtungen soll das Zunderwachstum am Vormaterial ver ringern. Eine schematische Darstellung der Ausbildung der nanopartikelhaltigen Beschichtung im Vergleich zu partikelfreien, organischen Basisbeschichtungen und Basis beschichtungen mit mikroskaligen Partikeln zeigt Bild 2. Ziel ist es, durch den Einsatz der nanoskaligen Partikel die Basis beschichtung soweit zu ertüchtigen, dass ein kosteneffi zienter Einsatz von Zunder schutzschichten möglich ist. Diese Schutzschichten sollen sowohl die Material verluste beim Schmieden bei gleichzeitiger Ver besserung der Oberfl ächenquali tät vermindern als auch die Standzeiten der Umform werk zeuge erhöhen. Dabei ist es neben der Entwicklung wirk samer Beschich tungen auch wichtig, die As pekte des Gesundheits-, Arbeits- und Um weltschutzes zu beachten 7. Für die Entwicklung der nanopartikelhaltigen Zunder schutz beschichtung wurde im Rahmen des Projekts auf Grund lage von Voruntersuchungen, bisherigen Untersuchungen 52 SchmiedeJOURNAL September 2012 und betrieb lichen Erfahrungen angenommen, dass die Basis beschichtung mit überwiegend organischen Bestandteilen bis zirka 800 °C weitgehend diffusionsdicht ist. Bereits bei niedrigeren Temperaturen verbrennt die enthaltene Organik, die Oxidation von weiteren Beschichtungs bestand teilen bei Temperaturen unterhalb von 800 °C führt dazu, dass die Schicht anfängt, porös zu werden. Wenn Sauer stoff bei Temperaturen oberhalb von 800 °C an die Substrat ober fl äche diffundiert, kommt es zur Verzunderung. Bei Beschichtungen, die mikroskalige Partikel enthalten, befi nden sich diese vorwiegend auf der Basis beschichtung; die Größe der Partikel verhindert ein vollständiges Eintauchen der Partikel in die Schicht. Aufgrund der Poren zwischen den einzelnen Partikeln kommt es zur Ausbildung einer offenporigen Schicht mit einem Schmelzpunkt deutlich über 1.000 °C. Der Sauerstoff kann an einzelnen Stellen an die Substratoberfl äche diffundieren und Verzunderung tritt ein. Nanoskalige Partikel hingegen können in die Basisbeschichtung eingebunden werden, sodass die Ausbildung einer diffusionsdichten Schicht erfolgt, da der Sinterpunkt der nanoskaligen Partikel nahe 1.000 °C liegt. Der Sauerstoff kann nicht an die Substratoberfl äche diffundieren und die Zunderbildung wird verhindert. Ergebnisse der experimentellen Untersuchungen Für die experimentellen Unter suchungen wurden Stahl proben eines kohlen stoff haltigen Stahls (Cf53 - 1.1213) und eines höher - le gierten Stahls (56NiCrMoV7 - 1.2714) bei Tem peraturen von 800 °C, 1.000 °C und 1.250 °C für 90 beziehungs weise 30 Minuten ver zundert. Die Ab kühlung er folgte unter Schutz gas atmosphäre (N2). Die Be stimmung der Zunder bil dung er folgt gra vi metrisch. Bild 3 zeigt die Ergeb nisse zweier par tikel freier Basis beschich tungen ohne Zu gabe von nano ska ligen Par tikeln. In der Ab bildung ent spricht eine Ver zun derung von 100 Pro zent der nicht be schich te ten Re fe renz probe. Es wird deut lich, dass durch den Ein satz von Be schich tun gen in Ab hän gigkeit von Tem peratur, Stahl sorte und Be schichtungs typ eine zun der min dernde Wir kung von bis 40 Pro zent er reicht wer den kann. Die zunder min dernde Wir kung der Be schich tungen bei 1.250 °C ist je doch weit ge hend ver nachlässig bar. Bild 4 zeigt die Ergebnisse der Untersuchungen der beiden Stahlsorten bei 1.250 °C und 30 Minuten Verweilzeit mit den beiden Basisbeschichtungen und Zugabe von nanoskaligen Partikeln. Bei der Beschichtung 2 Bild 3: Zunderbildung bei verschiedenen untersuchten Beschichtungen (1: mit 25 Prozent Anwendungsverdünnung, 2: als Konzentrat), Stahlsorten, Temperaturen und Verweilzeiten; 100 Prozent Gewichtszunahme entspricht der unbeschichteten Referenzprobe.
2012-09-Schmiede-Journal
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