Kaltgasspritzen von ermüdungsfesten Titanschichten

Publication date
2013
Document type
PhD thesis (dissertation)
Author
Binder, Kurt
Advisor
Referee
Granting institution
Helmut-Schmidt-Universität / Universität der Bundeswehr Hamburg
Exam date
2013-03-22
Organisational unit
DDC Class
620 Ingenieurwissenschaften
Keyword
Kinetisches Spritzen
Titanlegierung
Kinetische Energie
Kinetische Gastheorie
Ermüdung
Abstract
Im Rahmen dieser Arbeit wird das Kaltgasspritzen von Titan erfolgreich für das „rapid manufacturing“ Verfahren qualifiziert und gezeigt, dass die gespritzten Schichten mechanische Festigkeiten und elektrische Leitfähigkeiten erreichen, die vergleichbar zu denen von Massivmaterial ähnlicher Reinheit sind. Die dazu erforderlichen gesteigerten Partikelaufprallbedingungen werden zunächst durch Modellrechnungen identifiziert und durch systematische Weiterentwicklungen der Anlagentechnik realisiert. Die umfangreiche experimentelle Charakterisierung der Einzelaufprallereignisse, als auch der Schichtmikrostrukturen und -eigenschaften sind die Basis für weiterführende Korrelationen zwischen Spritzparametern (Gasdruck und -temperatur, Spritzabstand, Pulvermorphologie), Aufprallbedingungen (Geschwindigkeit, Temperatur, Winkel) und Schichteigenschaften (Zugfestigkeit, Haftzugfestigkeit, Ermüdungsfestigkeit, elektrische Leitfähigkeit). Daraus kann schließlich ein generalisierter Schichtqualitätsparameter hergeleitet werden, der eine systematische Schichtoptimierung erlaubt und auch auf andere Werkstoffe anwendbar ist. Die kaltgasgespritzten Titanschichten erreichen erstmalig für ein pulvermetallurgisches Verfahren nahezu 100 % der Zugfestigkeit, über 90 % der Ermüdungsfestigkeit und 97 % der elektrischen Leitfähigkeit von Massivmaterial und belegen damit eindrucksvoll die Eignung des Kaltgasspritzens als Produktionsverfahren für Titanbauteile, die auch den hohen Ansprüchen der Luftfahrtindustrie genügen.
Version
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