Entwicklung von Werkstoffen und Werkstoffsystemen mit Formgedächtniseffekt für kavitationserosionsbelastete Systeme auf Basis von Kupfer und Nickel-Titan

Kavitationserosion ist in zahlreichen fluiden Systemen ein nicht gelöstes Problem. Durch betriebsbedingte Druckschwankungen bilden sich Kavitationsblasenfelder aus, die bei Implosion durch auftretende Druckspitzen zu immensen Schäden an Werkstoffoberflächen führen können. Konstruktive Optimierungen können zum Teil Abhilfe schaffen, stoßen jedoch leistungsbedingt schnell an ihre Grenzen. Daher ist die Auswahl und Weiterentwicklung geeigneter Werkstoffe für den Einsatz in kavitationserosionsbelasteten Systemen unabdingbar. Als besonders kavitationserosionsresistent gelten sogenannte Formgedächtnislegierungen (FGL), welche aufgrund ihrer pseudoelastischen Fähigkeiten die auftreffenden Mikrojets abfedern können. Da Formgedächtnislegierungen im Allgemeinen mit sehr hohen Kosten einhergehen, wurden im Rahmen dieser zwei Ansätze, FGL wirtschaftlich attraktiver zu machen, betrachtet. Der erste Ansatz befasst sich mit Nickel-Titan-FG-Schichten, welche im Vergleich zu NiTi-Vollmaterial einen deutlich geringeren Anteil der Bauteilmasse ausmachen und gezielt auf kavitationserosionsbeanspruchte Flächen appliziert werden können. Diese wurden erstmals mittels thermischem Lichtbogenspritzen (Drahtspritzen) hergestellt, wobei neben vorlegierten pseudoelastischem NiTi-Draht als Spritzgut auch das gemeinsame Verspritzen von separaten Nickel und Titan-Drähten zur weiteren Kostenminimierung untersucht wurde. Ziel des zweiten Ansatzes war es, eine CuZnSi-Gusslegierung mit Formgedächtniseffekt zu entwickeln, welche als Strukturwerkstoff in fluiden Systemen eingesetzt werden kann. Dazu wurden Versuchslegierungen mit variierenden Silizium- und Borgehalten hergestellt und hinsichtlich ihres Gefüges, ihres Phasenumwandlungs- sowie ihres Kavitationserosionsverhaltens untersucht und bewertet.