Thermisches Spritzen (Schutzschichten)

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Elisa Burbaum

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Präzisions-LDS - Lichtbogendrahtspritzen von Offshore-Beschichtungen durch KI-Einsatz

Kurzbeschreibung:

Für die Stromerzeugung durch erneuerbare Energien spielt die Windenergie eine bedeutende Rolle. Insbesondere Offshore-Anlagen, deren Standorte im Meer sich durch kontinuierliche und hohe Windgeschwindigkeiten auszeichnen, kommt eine erhöhte Bedeutung zuteil, um eine nachhaltige Energieversorgung zu gewährleisten. Hierfür werden bezahlbare und zuverlässige Anlagen für den Einsatz im Meer benötigt. Daraus resultieren erhöhte Anforderungen an die Herstellungsverfahren. Insbesondere durch die Verwendung der Oberflächentechnik kann die Leistung und Qualität der Anlagen signifikant verbessert oder deren Einsatz erst realisiert werden.

Das Thermische Spritzen (TS) kann als Bestandteil der Oberflächentechnik die Anforderungen nach einer getrennten Entwicklung und Anpassung von Volumen- und Oberflächeneigenschaften zuverlässig und vollumfänglich erfüllen, dennoch wird die Technologie in einigen Offshore-Anwendungen nicht eingesetzt. Dieser Widerspruch begründet sich im Allgemeinen in der fehlenden Möglichkeit die gesamte TS-Prozesskette mit ausreichend geringer Fehlertoleranz zu steuern und zu dokumentieren. Im Rahmen dieses Forschungsprojekts wird daher ein automatisiertes und KI-überwachtes System zur durchgängigen Dokumentation und Kontrolle der TS-Prozesse entwickelt und modellhaft für zwei Offshore- Beschichtungen implementiert, um eine Kostensenkung in der Herstellung zu erzielen. Hierzu werden am IOT Korrosionsschutzschichten und Gleitlagerbeschichtungen entwickelte und grundlegend untersucht. Dabei anfallende Prozess-, Sensor- und Analysedaten werden einem KI-basierten System zur Verfügung gestellt, um die Schichtentwicklung zu beschleunigen sowie Abweichungen gezielt zu erkennen und beheben zu können. Das Gesamtziel ist es dabei, durch die KI-Überwachung die Wirtschaftlichkeit und Qualität der thermisch gespritzten Beschichtungen für den hochbeanspruchten Offshore-Einsatz zu steigern.

Förderinstitution: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)
Projektnummer: 03EE3061H
Laufzeit: 01.10.2021 bis 30.09.2024
 
 

Armaturen II: Nachbearbeitungsarme Feinstpulverbeschichtungen für den Korrosions- und Verschleißschutz im Armaturenbau

Kurzbeschreibung:

Die Betriebskosten von Armaturen werden erheblich von Reibung und Verschleiß beeinflusst. Hoher Verschleiß verkürzt die Lebensdauer und die Wartungsintervalle, wohingegen hohe Reibung die notwendige Energie für die Schaltung erhöht. Im Vorgängerprojekt, IGF-Nr. 19668, wurden dazu erfolgreich verschleiß- und reibungsreduzierende Beschichtungen durch Thermisches Spritzen entwickelt.

Der Fokus dieses Forschungsprojekts ist die Herstellungskosten solcher thermisch gespritzter Beschichtungen weiter zu senken. Dazu sollen neuartige, endkonturnahe Beschichtungen entwickelt werden, mit denen die gewünschte Oberflächengüte durch Polieren, ohne vorheriges, kostenintensives Schleifen, erzielt werden kann. Die im Vorgängerprojekt realisierten guten Verschleiß- und Korrosions­eigenschaften sollen dabei erhalten bleiben. Dazu werden neuartige Werkstoff­kombinationen aus Festschmierstoffen und Verschleißschutzschichten mittels Hochgeschwindigkeitsflammspritzen mit Luft (HVAF) und mit Sauerstoff (HVOF) sowie dem neuartigen Ultra-HVOF (UHVOF) appliziert. Durch diese zum Teil noch wenig etablierten Verfahrensvarianten sollen feinere Pulverfraktionen verarbeitet werden, ohne die Schichteigenschaften durch Dekarbonisierungs- und Oxidationsreaktionen während der Applikation negativ zu beeinflussen.

Förderinstitution: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)
Projektnummer: IGF 21.927 N
Laufzeit: 01.07.2021 bis 30.06.2023
 
 

StacIE - Stack Scale-up – Industrialisierung PEM Elektrolyse (H2Giga)

Kurzbeschreibung:

Die Herstellung von grünem Wasserstoff gilt als Schlüsselkomponente der Energiewende. Einen entscheidenden Beitrag leistet dazu die Wasserstoffelektrolyse, welche die Brücke zwischen primär erzeugter elektrischer Energie und chemische Energie bildet. Im BMBF‑Forschungsvorhaben „Stack Scale-up – Industrialisierung PEM Elektrolyse (StacIE)“ wird am Institut für Oberflächentechnik (IOT) der RWTH Aachen gemeinsam mit zehn weiteren Projektpartnern aus Industrie und Forschungseinrichtungen die Effizienzsteigerung der PEM-Elektrolyse (Proton Exchange Membrane) für den Gigawatt-Maßstab angestrebt. Mittels der Verfahren Thermisches Spritzen und Laser-Auftragschweißen werden neuartige Beschichtungslösungen zum Korrosionsschutz der Bipolarplatten (BPP) als auch poröse leitfähige Transportschichten (PTL) mit anwendungsspezifischer Schichtstruktur entwickelt. Der disruptive Einsatz dieser Beschichtungsverfahren soll dabei die Herstellungskosten der PEM‑Elektrolyse deutlich senken und diese langfristig wettbewerbsfähig gegenüber anderen Elektrolyseverfahren machen. Mit Hilfe der verwendeten Verfahren sollen zusätzlich Verbundsysteme aus BPP und PTL erstmalig direkt aufeinander appliziert werden. Hierdurch sollen Grenzflächenwiderstände reduziert und somit weitere Effizienzsteigerungen ermöglicht werden.

Förderinstitution: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
Projektnummer: 03HY103B
Laufzeit: 01.04.2021 bis 31.03.2025
 
 
 

WEAREND2 - Hochwertige, verschleißbeständige WC-Co Werkstoffe

Kurzbeschreibung:

Dieses Vorhaben zielt darauf ab, die Nutzung eines neuartigen Nano-WC/Co-Hartmetallpulvers für das Thermische Spritzen zu untersuchen und die Herstellung auf industrielle Prozesse hoch zu skalieren. Das VTT in Finnland produziert Chargen des Spritzpulvers im Labormaßstab aus wasserlöslichen Ausgangsstoffen. Dafür wird ein neuartiges Pulverherstellungsverfahren verwendet. Die Spritzpulver werden anschließend charakterisiert und am IOT werden Versuche zum Thermischen Spritzen mit verschiedenen Parametersätzen durchgeführt. Danach werden die Eigenschaften der Beschichtung analysiert und mit kommerziellen Referenzen verglichen.

Förderinstitution: EIT Raw Materials
Projektnummer: 19026
Laufzeit: 01.01.2020 bis 31.12.2022