Fraunhofer Anwendungszentrum für Großstrukturen in der Produktionstechnik IGP, Rostock
Prof. Dr.-Ing. Martin-Christoph Wanner, Prof. Dr.-Ing. habil. Knuth-Michael Henkel, M.Sc. Michel Hauer
Helmut-Schmidt-Universität – Universität der Bundeswehr Hamburg – Institut für Werkstofftechnik
Prof. Dr.-Ing. Thomas Klassen, Dr. Frank Gärtner, Dipl.-Wi.-Ing. Sebastian Krebs
Das IGF-Vorhaben 17135 N des Center of Maritime Technologies e.V. wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des deutschen Bundestages gefördert.
Der Bericht kann beim FSM bestellt werden. Bitte senden Sie eine E-Mail an info(at)fsm-net.org
Zusammenfassung
Massive Erosionserscheinungen an modernen Containerschiffen und Fähren können die Sicherheit des Schiffsbetriebes gefährden. Kritisch ist insbesondere die Kavitationserosion, die durch die Bildung / Auflösung von Dampfblasen bei Druckschwankungen entsteht. Daneben bewirkt aufgewirbeltes Sediment im umgebenden Anströmbereich einen erhöhten Oberflächenabrieb, das Salzwasser bewirkt eine erhöhte Seewasserkorrosion. Die Beseitigung der Folgen dieses tribologischen Systems im Ruder- und Achterschiffsbereich stellt einen erheblichen Kostenfaktor dar. In der Schiffsentwurfsphase werden moderne Simulationsverfahren eingesetzt und deren Ergebnisse in Modellversuchen im Kavitationstunnel und Schlepptank validiert. Die Bereiche der Kavitationsgefährdung können somit rechnerisch und experimentell gut ermittelt werden. In der Praxis werden die Schiffe mindestens alle 5-7 Jahre gedockt, um die aufgetretenen Schäden meist aufwendig durch Auftragsschweißen und Schleifarbeiten zu beseitigen. Bei großvolumigen Ruderanlagen im Schiffbau bzw. im Achterschiffsbereich wurde das thermische Spritzen bisher nicht eingesetzt. Die betreffenden Stahloberflächen werden mit organischen Beschichtungen und i.d.R. zusätzlich mit Opferanoden aus Zink versehen. Diese werden regelmäßig nach dem Eindocken des Schiffes erneuert.
Die Zielsetzung des Projekts bestand daher in der Entwicklung eines Verfahrens zum vollständigen oder partiellen Beschichten durch Kaltgasspritzen von beständigen Materialien auf Ruderanlagen- und umgebende Achterschiffsbereiche, um Kavitations-, Abrasions- und Korrosionsschäden der betreffenden Oberflächen deutlich zu reduzieren. Dafür musste das Verfahren v.a. auf Werkstoffe für den maritimen Einsatz abgestimmt werden. Die sich daraus ergebenden wesentlichen Aufgaben des Projektes bestanden darin, geeignete Materialien wie die verwendete Bronze CuAl10Fe5Ni5, welche u.a. im Propellerbau Anwendung findet, auf deren Verarbeitbarkeit durch Kaltgasspritzen für maritime Strukturen sowie für den Schiffbau gegebene Grundwerkstoffe (GL-A, t = 15 mm) zu untersuchen und die Prozessparameter entsprechend zu optimieren. Auf Grund dieser für das Kaltgasspritzverfahren neuartigen Werkstoffkombinationen kam es zu vorher nicht absehbaren Komplikationen und Verzögerungen, die insbesondere die Pulvervorbehandlung und Parameteranpassung betrafen. Trotz dieser Probleme ist es gelungen, kaltgasgespritzte Mehrstoffbronzen-Schichten herzustellen, deren Kavitationserosionsbeständigkeit dickeren, geschweißten Schutzschichten aus
rostfreiem Stahl 316L deutlich überlegen ist.
