Marx, Peter (2003)
Mechanische Beschichtung fuer die Kaltmassivumformung von Stahl.
Technische Universität Darmstadt
Dissertation, Erstveröffentlichung

Kurzbeschreibung (Abstract)

Durch ein mechanisches Strahlverfahren lassen sich Oberflaechenbeschichtungen erzeugen, die in Verbindung mit Schmiermitteln die umweltschaedliche Phosphatierung bei der Kaltmassivumformung von Stahl ersetzen koennen. Zum Einsatz kommen Strahlmittel, die aus Stahlkernen mit zinkreichen Schalen bestehen. Eine Schicht einer sproeden intermetallischen Zink-Eisen-Phase am Uebergang zwischen Schale und Kern bewirkt ein Abplatzen eines Teils der Schale beim Auftreffen der Strahlmittelteilchen. Die Bruchstuecke werden teilweise oder ganz durch ein Reibschweissen auf die Werkstueckoberflaeche aufgetragen. Modellversuche mit einer druckluftbeaufschlagten manuellen Strahlvorrichtung und Versuche mit industriell eingesetzten mechanischen Strahlanlagen zeigen, dass nur ein Teil der Oberflaeche mit einer Beschichtung bedeckt wird. Proben aus Stahl, Kupfer und Aluminium wurden unter verschiedenen Einfallwinkeln und mit unterschiedlicher kinetischer Energie des Strahlmittels behandelt. Die Bestimmung von Schichtgewicht und Flaechenbedeckung der aufgetragenen Schichten erfolgte durch Einsatz von gravimetrischen und rasterelektronenmikroskopischen Verfahren. Die Flaechenbedeckung erreicht einen Saettigungswert, waehrend das Schichtgewicht linear mit der Strahlzeit zunimmt. Es konnte gezeigt werden, dass ein Verschweissen und damit eine Beschichtung nur stattfindet, wenn die Verformung der Werkstueckoberflaeche lokal ausreicht, um Oxidschichten zu entfernen. Halbempirische Ansaetze beschreiben den zunehmenden Einfluss von Strahlzeit, Strahlwinkel und kinetischer Energie der Strahlmittelteilchen auf die Flaechenbedeckung und das Schichtgewicht. Spiketest und Vorwaertsfliesspressen zur Pruefung des Einflusses der Beschichtungen auf die Umformeignung zeigen, dass die Anlagerung von Festschmiermitteln wie Graphit durch die Topographie des Beschichtungsmaterials verbessert wird. In Verbindung mit Schmiermitteln erzielen mechanisch beschichtete Proben vergleichbare Umformkraefte und Spikehoehen wie die als Referenz dienenden phosphatierten und mit Seife behandelten Proben. Industrielle Umformversuche bestaetigen die Anwendbarkeit des Verfahrens bei verschiedenen Fertigungsarten. Durch umfassende Untersuchungen der Emissionen des Strahlverfahrens konnte nachgewiesen werden, dass das neue Verfahren keine als kritisch einzustufenden Umweltbelastungen mit sich bringt.

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