Einfluss von Ni auf die Eigenschaften von CuAl10-Laserplattierungen
Einfluss der Ni-Zugabe auf die Mikrostruktur und die Eigenschaften einer durch Laserauftragschweißen hergestellten CuAl10-Kupferlegierung
In den Bereichen Schiffsbau, chemische Anlagen usw. finden Kupferlegierungen aufgrund ihrer hervorragenden Wärmeleitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit breite Anwendung, doch ihre unzureichende Oberflächenhärte und Verschleißfestigkeit schränken häufig ihre Lebensdauer ein. Durch die Gestaltung der Legierungszusammensetzung von Kupferlegierungen für das Laserauftragschweißen lässt sich die Leistungsfähigkeit mittels Oberflächenmodifizierung verbessern.
Jüngste Studien haben gezeigt, dass die Zugabe von Nickel die Laserauftragschicht aus der Kupferlegierung CuAl10 optimieren kann. Dabei lassen sich die Mikrostruktur, die mechanischen Eigenschaften und die Korrosionsbeständigkeit deutlich verbessern. In diesem Artikel wird der Mechanismus der Optimierung durch die Zugabe von Nickel eingehend analysiert.
Entwicklung der Mikrostruktur der CuAl10-Beschichtung nach Zugabe von Ni
| Mikrostruktur einer Plattierungsschicht mit unterschiedlichem Ni-Gewichtsanteil %0% (b) 1,5% (c) 3,0% (d) 4,5% |
In der CuAl10-Plattierungsschicht ohne Ni-Zusatz ist die zweite Phase zufällig in dendritischer oder kugelförmiger Form verteilt, was zu einer ungleichmäßigen Struktur führt. Nach Zugabe von 1,5% bis 6,0% Ni wirkt Ni als “Diffusionskatalysator”, der die Feststofflösung von Elementen in der α-Cu-Matrix fördert und die Ausscheidung der zweiten Phase hemmt. Erreicht der Ni-Gehalt 4,5%, weist die Oberfläche der Mantelschicht nahezu keine Partikelfehler auf und zeigt eine durchgehende und glatte Mikrostruktur.
Entwicklung der Mikrohärte der CuAl10-Beschichtung nach Zugabe von Ni
| Härteverläufe von Aufpanzerbeschichtungen mit unterschiedlichem Ni-Gewichtsanteil %0#: 0%, 1#: 1.5%, 3#: 4.5% |
Durch die Zugabe von Ni wechselt das Mikrohärteverhalten von “schwankend” zu “gleichmäßig”. Die Härte der Beschichtung ohne Ni schwankt stark (157–268 HV), was auf die ungleichmäßige Verteilung der zweiten Phase zurückzuführen ist, die zu lokalen Spannungskonzentrationen führt. Nach Zugabe von Ni ist der Festlösungs-Verfestigungseffekt deutlich erkennbar, und die Gleichmäßigkeit der Härteverteilung wird verbessert.
Schlussfolgerung
Die Einbringung des Elements Ni hat durch die beiden Mechanismen der Festlösungsverstärkung und der elektrochemischen Passivierung zu einem qualitativen Sprung bei der Leistungsfähigkeit der durch Laserauftragschweißen hergestellten CuAl10-Beschichtung geführt.
Es ist zu erwarten, dass in Zukunft durch die Zugabe mehrerer Elemente (wie Ni+Cr+Mo) und die Optimierung der Prozessparameter beim Laserauftragschweißen von CuAl10-Beschichtungen die Leistungsgrenzen weiter durchbrochen werden können.
Weitere von TRUER hergestellte Pulver für das Laserauftragschweißen:
Auf Kupferbasis: CuSn10, CuSn15, CuSn12Ni2, CuAl10, CuAl10Fe1, Cu-1, Cu-2, CuAlNiFe
auf Nickelbasis: C22, C276, Monel 400, Monel K500, Inconel 600, Inconel 625, Inconel 825, Hastelloy C, Hastelloy B, NiCr 80/20, NiCrAlY, Ni60A, Ni60B, Ni40
Auf Kobaltbasis: Stellite 1, Stellite 3, Stellite 6, Stellite 12, Stellite 21, Stellite 25, Stellite 31, Triboloy T400, T800, T900
Auf Eisenbasis: D2, H13, M2, T15, T15M, 18Ni300, M35, M42, S390, M390
Auf Wolfram basierend: WC-12Co, WC-10Ni, WC-65Ni60, WC-10Co-4Cr
