Durst, Oliver (2008)
Korrosions- und Verschleißeigenschaften neuartiger kohlenstoffhaltiger PVD-Schichten.
Technische Universität Darmstadt
Dissertation, Erstveröffentlichung

Kurzbeschreibung (Abstract)

Ziel der durchgeführten Untersuchungen war die Charakterisierung des Korrosions- und Verschleißverhaltens gradierter Zirkoniumkarbid- und Chromkarbidschichten auf niedriglegiertem Stahl mit tribologischen und elektrochemischen Versuchsmethoden. Dies diente der Klärung der Schädigungsmechanismen und der Weiterentwicklung der Schichten zur Anpassung des Eigenschaftsprofils an den Einsatz in mediumsberührten Bereichen von Pumpen. Die so optimierten Schichten sollten abschließend in einem neu zu entwickelnden Erosions-Korrosions-Versuchsstand unter anwendungsnahen Bedingungen vergleichend untersucht werden. Als Ergebnis dieser Untersuchungen wurde eine Beurteilung der Einsatzmöglichkeiten PVD-beschichteter niedriglegierter Stähle in Pumpen angestrebt. Die durchgeführten Untersuchungen haben ergeben, dass der Einsatz PVD-beschichteter niedriglegierter Stähle in mediumsberührten Bereichen von Pumpen abhängig von Medium und Einsatzbedingungen möglich ist. Zu Beginn der Schichtentwicklung wurden bei ca. 3 µm dicken Schichten in Polarisationsversuchen noch zahlreiche Korrosionsstellen und hohe Stromdichten festgestellt. Am Ende der Schichtentwicklung standen 10 µm dicke Multilayer-Schichten, die unter den gewählten Versuchsbedingungen im Polarisationsversuch nur sehr geringe Stromdichten ergaben und nach dem Versuch keine Korrosionsstellen mehr aufwiesen. Für den konkreten Einsatzfall muss jedoch die Korrosivität des Mediums und aufgrund der Zeitabhängigkeit von Korrosionsprozessen auch das Verhalten bei längerem Kontakt mit einem korrosiven Medium, wie er beim Einsatz in Pumpen typisch ist, berücksichtigt und die Schichtentwicklung eventuell dahingehend weiter voran getrieben werden. Die Reibungs- und Verschleißeigenschaften im mediumsgeschmierten Reibkontakt sind ebenfalls vielversprechend. Die entwickelten Schichten verbessern sowohl unter betriebsähnlichen Bedingungen als auch bei störfallbedingter Mangelschmierung das Reibungs- und Verschleißverhalten gegenüber unbeschichtetem Stahl. Sie reduzieren gemäß den durchgeführten Untersuchungen abhängig von der Beanspruchung den Reibwert und bieten einen sehr guten Verschleißschutz. Weiterhin wurde unter Einsatz eines neu entwickelten Erosions-Korrosions-Versuchsstandes eine Erosions-Korrosions-Beanspruchung erfolgreich nachgestellt. Dabei wurde bei den entwickelten 10 µm dicken Schichten, die im Polarisationsversuch ein sehr gutes Korrosionsverhalten aufwiesen, Prallverschleiß an Schichtfehlern in Verbindung mit Korrosion festgestellt. Daher ist der Einsatz unter vergleichbaren Bedingungen, wenn sehr harte Partikel in korrosivem Medium auf die Oberfläche prallen, noch nicht zu empfehlen. Aber es ist Entwicklungspotenzial vorhanden, so dass bei Vermeidung der den Prallverschleiß bedingenden Schichtfehler auch hier ein Einsatz möglich erscheint. Außerdem könnte die Untersuchung der Einsatzmöglichkeiten unter eher furchendem abrasivem Verschleiß bei tangentialer Strömung, wie sie für die Zukunft geplant ist, eine bessere Eignung der Schichten für diese Bedingungen ergeben.

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