Ingenieurbüro Dr. Strauß

Innovative Werkstoffentwicklung und Oberflächenveredelung

Übersicht
Technologien
Werkstoffe
Beratung
Kontakt

PEB oder Pulsed Electron Beams: Mit gepulsten Elektronenstrahlen (Pulsed Electron Beams) ist es erstmals möglich, mit einem großflächigen Strahlfleck große Flächen eines Werkstoffs gleichmäßig umzuschmelzen. Im Gegensatz zu den etablierten Laser- und DC-Elektronenstrahlverfahren kommt es dabei nicht zu den hohen lateralen Temperaturgradienten, die keine vergleichbar homogene Umschmelzung erlauben und zu lateralen Spannungen (evtl. Rißeinleitung) führen. Weltweit gibt es diesem Anlagentyp bislang ausschließlich in Karlsruhe und St. Petersburg. Die Anlage ist sofort einsetzbar als Werkzeug zum schnellen Erzeugen und Testen neuer Legierungen (Metall, Metall/Keramik). Anwendungen in der Fertigung sind denkbar in den Bereichen Härtung, Verschleißschutz, Korrosionsschutz, Oberflächenreinigung und Qualitätskontrolle.

Schnelle Legierungsentwicklung: Die Entwicklung neuer Legierungen kann sehr kostenintensiv sein (z.B. pulvermetallurgische Herstellung oder ein Test sehr vieler Abmischungen). Anstatt für jede Testlegierung einige speziell gefertigte Proben bei einem Zulieferer zu bestellen bietet der PEB eine schnelle, kostengünstige Alternative: Auf eine Ausgangslegierung wird mit PVD (Physikalische Dampfabscheidung von Metallen) eine dünne Schicht aufgebracht und mit dem PEB homogen einlegiert. Durch verschiedene Prüfverfahren können die so entstandenen Testlegierungen (typische Dicke der neuen Schicht ist 40 µm) auf eine Vielzahl von Eigenschaften untersucht werden.

Screening: Die Testlegierungen können systematisch auf ihre Eigenschaften untersucht werden. Dabei kommt prinzipiell jedes Testverfahren in Frage, bei dem die dünne Schichtdicke von 40 µm nicht stört. Der Hauptvorteil ergibt sich aus der schnellen, kostengünstigen Herstellung neuer Proben. In Einzelfällen, z.B. bei härtbarem Stahl, muß dabei berücksichtigt werden, daß die Umschmelzung die Materialeigenschaften beeinflussen kann.

Adhäsionsmessung: Die PEB-Technologie ermöglicht einen neuen Weg zur Messung der Adhäsion zwischen Metall und Keramik. Das Verfahren läßt sich am besten als Inverted Sessile Drop beschreiben: ein keramisches Schmelztröpfchen es erstarrt kurz nach der Umschmelzung mit PEB auf dem Metall (bei Sessile Drop ein Metalltröpfchen auf Keramik), die Benetzungswinkel ergeben die Grenzflächenenergie und damit die Adhäsion. Im Gegensatz zum Sessile Drop-Verfahren ist es hier jedoch möglich, selbst mehrphasige Metallegierungen zu untersuchen. Das Ergebnis ist ein Meßwert, der als Idealwert für Serienbeschichtungen gelten kann und die üblichen mechanischen Adhäsionstests ergänzt.

Anwendungen in der Produktion: Die sehr hohen Kühlraten von bis zu 10^7 K/s können bei härtbaren Legierungen zu einer signifikanten Härtesteigerung führen. Bei mehrphasigen Legierungen kann durch die sehr feine, gleichmäßige Phasenverteilung das gewünschte Gefüge durch eine Wärmebehandlung genau eingestellt werden (z.B. Titanlegierungen für Kompressorschaufeln in Flugzeugen oder Aluminiumlegierungen). Zum Korrosionsschutz lassen sich dünne Schichten einlegieren, die gezielt protektive Oxidschichten bilden (z.B. Al zum Veredeln von Edelstahl für Hochtemperatur-Anwendungen, ein preiswerter Ersatz für MCrAlY ). Durch das Verfahren ist auch eine Erhöhung der Veschleißbeständigkeit möglich.