Charakterisierung von NiP-Schichten und alternativen Beschichtungssystemen als Verschleiß- und Korrosionsschutz auf Aluminiumknetlegierungen

Wiegmann, Christoph GND

Verdichterräder in Abgasturboladern werden nach Stand der Technik aus der hochwarmfesten Aluminiumknetlegierung EN AW 2618A hergestellt. Bei Motoren mit Niederdruck-Abgasrückführung müssen diese aus Gründen des Verschleiß- und Korrosionsschutzes zusätzlich beschichtet werden. Die verwendeten Nickel-Phosphor-Schichten haben jedoch einen erheblichen Einfluss auf die dynamische Belastbarkeit. Ziel dieser Dissertation ist es daher, zum einen die Belastungen des Verdichterrades in geeigneten Versuchen nachzustellen und zum anderen eine vergleichbare Datenbasis für verschiedene Verdichterradgrundwerkstoffe und -beschichtungen zu erstellen. Die Belastungen des Verdichterrades werden hierbei in Zugschwellversuchen, verschiedenen Korrosionsversuchen, mittels Kavitation und einer thermischen Alterung nachgestellt. Als untersuchte Grundwerkstoffe werden der aktuell verwendete Werkstoff EN AW 2618A und eine alternative Knetlegierung AA 2055 betrachtet. Als mögliche Beschichtungen werden Nickel-Phosphor-Schichten und plasmachemische Aluminiumoxidschichten untersucht. Im Vergleich der beiden Grundwerkstoffe zeigt sich dabei, dass der alternative Werkstoff in Bezug auf die dynamische Belastbarkeit und die Verschleißbeständigkeit dem aktuell verwendeten Werkstoff deutlich überlegen ist. Die Korrosions- und Alterungsbeständigkeit ist jedoch geringer. Bei den beiden Beschichtungsvarianten zeigen sich die Nickel-Phosphor-Schichten in Bezug auf die Verschleiß- und die Korrosionsbeständigkeit als beste Variante. Die Lebensdauer der Schichten ist jedoch verglichen mit den plasmachemischen Aluminiumoxid-schichten geringer. Durch eine geeignete Anpassung der Nickel-Phosphor-Schichten kann die Lebensdauer jedoch auf ein den plasmachemischen Aluminiumoxidschichten deutlich überlegenes Niveau angehoben werden.

Compressor wheels in exhaust turbochargers are manufactured from the high temperature resistant aluminum forged alloy EN AW 2618A. In engine applications with a low pressure exhaust gas recirculation the wheel needs to be coated, to protect it from erosion and corrosion. However, the used electroless nickel coatings have strong influence on the fatigue properties. The aim of this thesis is to simulate the stresses of the compressor wheel and give comparable data for different compressor wheel base materials and coatings. The stresses of the compressor wheel are simulated in tensile-tensile fatigue tests, various corrosion tests, by cavitation and with a thermal ageing. As a base material the EN AW 2618A alloy is compared to an alternative alloy AA 2055. As coatings electroless nickel is compared to plasmaelectrolytic aluminumoxide coatings. Comparing the base materials the alternative alloy shows both a superior fatigue and erosion resistance. However, the resistance to corrosion and thermal ageing is lower. For the investigated coatings, the electroless nickel coatings have superior erosion and corrosion resistances. The fatigue properties can be optimized to a better grade, compared to the plasmaelectrolytic aluminumoxide coatings.

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Wiegmann, Christoph: Charakterisierung von NiP-Schichten und alternativen Beschichtungssystemen als Verschleiß- und Korrosionsschutz auf Aluminiumknetlegierungen. Ilmenau 2018.

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