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Metallisch dichtende Beschichtungen im Armaturenbau = Metal sealing coatings in the valve industry
2024
Dissertation, RWTH Aachen University, 2023
Druckausgabe: 2024. - Auch veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University
Genehmigende Fakultät
Fak04
Hauptberichter/Gutachter
;
Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2023-07-18
Online
DOI: 10.18154/RWTH-2024-03413
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/983416/files/983416.pdf
Einrichtungen
Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Armaturen (frei) ; Beschichtungen (frei) ; Korrosion (frei) ; Reibung (frei) ; Verschleiß (frei) ; coatings (frei) ; corrosion (frei) ; friction (frei) ; thermal spraying (frei) ; thermisches Spritzen (frei) ; valves (frei) ; wear (frei)
Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620
Kurzfassung
In nahezu allen Industriezweigen werden Armaturen für die Regulation von verschiedenen Medienströmen verwendet, weshalb der Armaturenbau einer der wichtigsten Wirtschaftszweige in Deutschland darstellt. Der Armaturenmarkt ist jedoch stark umkämpft. Neuartige Beschichtungen bieten die Möglichkeit die Wirtschaftlichkeit und Konkurrenzfähigkeit zu steigern. In dieser Arbeit werden zwei Konzepte zur Steigerung der Wirtschaftlichkeit und Konkurrenzfähigkeit durch die Entwicklung von thermisch gespritzten Armaturenbeschichtungen vorgestellt. Zum einen werden Festschmierstoffe in etablierte Verschleißschutzschichten des Armaturenbaus integriert und zum anderen werden nachbearbeitungsärmere Armaturenbeschichtungen entwickelt. Armaturen werden zumeist mit Hilfe eines Stellmotors betrieben, wodurch Energie bei jeder Schaltung in Form von Wärme verloren geht. Durch die Integration von Graphit und hexagonalem Bornitrid wurde die Reibung und der Verschleiß gegenüber konventionell eingesetzten Armaturenbeschichtungen reduziert. Mit Hilfe von Feinstpulvern wurden endkonturnahe Beschichtungen entwickelt, bei denen die notwendigen Oberflächengüten, ohne das kostenintensive Schleifen, durch direktes Polieren erzielt werden. Untersuchungen der Abrasionsbeständigkeit zeigen, dass die entwickelten Beschichtungen einen höheren Verschleißwiderstand als konventionelle Armaturenbeschichtungen aufweisen. Bei den festschmierstoffhaltigen Beschichtungen wird dieser erhöhte Widerstand durch die Reduktion der Schubspannungen durch die Festschmierstoffe und bei den Feinstpulverbeschichtungen durch die höhere Kohäsion der Beschichtung und den feiner verteilten Karbiden begründet. Elektrochemische Korrosions-, Erosions- und Kavitationsuntersuchungen zeigen, dass durch die Integration von Festschmierstoffen die Beständigkeit reduziert wird. Gründe hierfür sind die geringe Kohäsion der Festschmierstoffe und die zusätzlich eingebrachten Pfade, an denen der Elektrolyt in die Beschichtung eindringen kann. Durch eine Prozessentwicklung und die Integration feiner Festschmierstoffnester kann jedoch eine ausreichende Beständigkeit erzielt werden. Durch dichte Schichtstrukturen weisen die endkonturnahen Beschichtungen eine höhere Beständigkeit gegen Erosion, Kavitation und Korrosion im Vergleich zu konventionell eingesetzten Armaturenbeschichtungen bei den untersuchten Prüfbedingungen auf. Durch einen Demonstratortest wurde zudem der Einsatz der vielversprechendsten festschmierstoff-haltigen Beschichtung für den Einsatz im Armaturenbau qualifiziert.In almost all industrial sectors, valves are used for the regulation of various media flows, which is why the valve production is one of the most important economic sectors in Germany. However, the valve market is highly competitive. New types of coatings offer the possibility to increase economic efficiency and competitiveness. In this thesis, two concepts are presented for increasing the economic efficiency and competitiveness through the development of thermally sprayed valve coatings. On the one hand, solid lubricants are integrated into established wear protective coatings that are commonly used in valves, and on the other hand, valve coatings that require less post-processing steps are developed. Valves are usually controlled by an actuator, whereby energy is lost in the form of heat during each switching operation. By integrating graphite and hexagonal boron nitride, friction and wear are reduced compared to conventionally used valve coatings. By the use of powders with a finer particle size distribution, near-net-shape coatings have been developed in which the necessary surface quality is achieved by direct polishing, without the need for the cost-intensive grinding process. Abrasion resistance tests show that the developed coatings have a higher wear resistance than conventionally used valve coatings. In the case of solid lubricant containing coatings this increased resistance is attributed to the reduction of shear stresses due to the solid lubricants and in the case of the fine powder coatings due to the higher cohesion of the coating and the more finely dispersed carbides. Electrochemical corrosion, erosion and cavitation tests show that the integration of solid lubricants reduces these resistances. The reason for this is the low cohesion of the solid lubricants and the additionally introduced paths at which the electrolyte can infiltrate the coating. However, a sufficient resistance can be achieved through a process development and the integration of finer solid lubricants. Due to the dense coating structure, the near-net-shape coatings exhibit a higher resistance to erosion, cavitation and corrosion compared to conventionally used valve coatings under the investigated test conditions. A demonstrator test qualified the most promising solid lubricant containing coating for the use in the valve industry.
OpenAccess: 
PDF
(additional files)
Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis/Book
Format
online, print
Sprache
German
Externe Identnummern
HBZ: HT030712992
Interne Identnummern
RWTH-2024-03413
Datensatz-ID: 983416
Beteiligte Länder
Germany
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