| Titel | Einsatz von PVD-Beschichtungen zur Verschleißreduzierung im tribologischen System Pumpe |
| Autor | Kirsten Bobzin, Nazlim Bagcivan, Tobias Brögelmann, Matthias Sauter, Tim Wegener |
| Infos zum Autor | Autorenanschrift: 1) AC2T research GmbH — Excellence Center of Tribology, Wiener Neustadt, Austria 2) Wieland Werke AG, Ulm, Germany 3) Technische Universität Wien, Wien, Austria *Corresponding author, E-Mail: jisa@ac2t.at |
| Inhalt | Zusammenfassung Komponenten des tribologischen Systems Pumpe sind in einem hohen Maße einem komplexen mechanisch- korrosiven Beanspruchungskollektiv unterworfen, da die durch Pumpen geförderten Betriebsmedien häufig eine korrosive Wirkung aufweisen und zudem erosive Feststoffpartikel mitführen können. Auf diese Weise können die Medien die Funktion der Pumpe durch Korrosion und Verschleiß beeinträchtigen oder Schädigungen verursachen, die zum Ausfall der Pumpe führen. Um den tribologischen Belastungen dieses Beanspruchungskollektivs im Einsatz standzuhalten, werden Pumpenkomponenten aus Sondergusswerkstoffen oder Spezialstählen gefertigt. Aus der erschwerten maschinellen Bearbeitbarkeit der Sonderwerkstoffe resultiert der Zwang zu konstruktiv aufwändigen Lösungen. Dies bedingt hohe Herstellungskosten. Der alternative Einsatz von Physical Vapour Deposition (PVD)- Dünnschichten zur effizienten Verschleißreduzierung und zum Schutz von Standardstählen mit dem Ziel eines sicheren Betriebs der Pumpe über den gesamten Lebenszyklus ist bisher nicht industriell umgesetzt und etabliert. Das Ziel der vorliegenden Arbeit bestand in der anwendungsnahen Untersuchung der Möglichkeiten zur Verschleiß- reduzierung in Pumpen durch Einsatz von PVD-Beschichtungen. Hierzu wurde das am Institut für Oberflächentechnik (IOT) entwickelte kohlenstoffbasierte Schichtsystem ″Gradiertes Zirkoniumkarbid″ (ZrCg) auf nitrocarburiertem Vergütungsstahl 42CrMo4 (1.7225) mittels PVD-Technologie hergestellt. Nach grundlegender Analyse der Schicht- und Verbundeigenschaften und tribologischer Tests im Schwingverschleiß-Tribometer (SVT) des IOT unter Schmierung wurde unter Berücksichtigung der erzielten Resultate eine zweimalige Anpassung des Beschichtungsprozesses vorgenommen. Die vielversprechenden Ergebnisse im SVT-Prüfstand zeigten eine signifikante Reduzierung des volumetrischen Grund- und Gegenkörperverschleißes gegenüber der Referenzpaarung Stahl (1.7225)/Stahl (1.7225). Die im Hinblick auf eine Verschleißreduzierung beste Schichtvariante wurde auf Realkolben einer Kolben-Membran-Pumpe der LEWA pumps+systems GmbH abge- schieden. Nach Untersuchungen der Kolben unter realitätsnahen Bedingungen für 627 h im Pumpenprüfstand der LEWA zeigten die Kolben keine sichtbaren Verschleißspuren. Dies macht ZrCg zu einem vielversprechenden Kandi- daten für die Verschleißreduzierung in Pumpen unter einer komplexen mechanisch-korrosiven Belastung. Abstract Due to corrosive operating fluids which can be accompanied by erosive solid particles, the components of the tribological system pump are subject to a complex mechanical-corrosive load collective. Thus, operating fluids may affect the function of the pump by corrosion and wear as well as causing damages leading to failure of the pump. In order to resist the tribological loads, components of pumps are generally made out of special casting materials or high-alloy steels. The difficult machinability of these special materials requires complex solutions in the design and manufacturing of components for pumps. That in turn leads to rising production costs. The alternative course of depositing physical vapour deposition (PVD) coatings for efficient wear reduction and the protection of standard steels with the aim of ensuring the functionality of the pump along the complete service-life is not established at industrial scale yet. The objective of this research was set on application-related studies of wear reduction in pumps by using PVD coatings. For this purpose, the carbon based coating system ″Graded Zirconiumcarbide″ (ZrCg) was deposited on nitrocarburized tempered steel 42CrMo4 (1.7225) by means of PVD technology. Taking account of the results in basic analysis of coating and compound properties as well as tribological tests under lubrication using a linearly reciprocating-tribometer (SVT) at IOT, two adjustments of the coating process were carried out. Tribological tests in SVT revealed promising results by significant reduction of volumetric wear of the ZrCg coated substrates and the counterpart, respectively, in comparison to uncoated tribo contacts (steel/steel). The most promising variant regarding wear reduction was deposited on pistons of a diaphragm pump of LEWA pumps+systems GmbH. After testing the pistons under realistic conditions for 627 h in a pump test-rig at LEWA, the pistons exhibit no visible signs of wear, which makes ZrCg a promising candidate for wear reduction in pumps under complex mechanical-corrosive loads. |
| Datum | 2013 |
