Einflüsse ausgewählter Prozessparameter auf die Eigenschaften suspensionsgespritzter Wolframcarbid/Cobalt-Beschichtungen

Diese Arbeit hatte sich zwei Hauptziele gesetzt. Zum einen die Entwicklung einer sedimentationsstabilen WC/Co-Suspension und zum anderen das gezielte Aufbringen dieser Suspension mittels Hochgeschwindigkeitsflammspritzens (HVOF) mit anschließender Charakterisierung und Bewertung der mikro- bzw. nanostrukturierten WC/Co-Schichten. Zum Erreichen des ersten Hauptziels wurden die Eigenschaften einer wässrigen WC/Co-Suspension mit Hilfe eines Rheologieadditivs modifiziert. Die starke Sedimentationsneigung der dichten WC/Co-Partikel wurde dadurch unterbunden. Oszillationsrheologische Messungen bestätigten, dass die Suspension bei geringer Belastung sedimentationsstabil war. Bei höherer Beanspruchung der Suspension, wie sie bei der Förderung auftritt, blieb die Suspension jedoch fließfähig und konnte im Prozess verspritzt werden. Zur Verfolgung des zweiten Hauptziels wurden aus der Vielzahl an möglichen Einflussparametern zunächst die wichtigsten identifiziert. Der Einfluss der Spritzparameter auf die Schichteigenschaften wurde durch eine systematische Variation der Gaszusammensetzung, des Spritzabstands, der Suspensionsförderrate, der Additivkonzentration sowie einer Stickstoffzuführung untersucht. Die Charakterisierung und Bewertung der Schichten erfolgte hinsichtlich der Morphologie, der Phasenzusammensetzung sowie der mechanischen Ei-genschaften. Um den Prozess und die Eigenschaften der Schichten vollumfassend bewerten zu können, wurden die Partikelgeschwindigkeit sowie die Partikeltemperatur im Spritzstrahl analysiert. Die Versuche haben gezeigt, dass nahezu mit allen Parametersätzen dichte, homogene Schichten erzielt werden konnten. Aufgrund der hohen Verbrennungstemperatur des eingesetzten Brenngases (Ethen) von knapp 3000 °C und einer daraus resultierenden Partikeltemperatur von über 2000 °C ist die Decarburierung so hoch, dass in den Schichten neben WC auch W2C und elementares Wolfram enthalten waren. Eine Reduktion der Partikeltemperatur, die jedoch noch nicht ausreichend war, um die Decarburierung zu unterbinden, konnte durch eine Erhöhung der Suspensionsförderrate sowie durch zugeführten Stickstoff erreicht werden. Mithilfe multipler linearer Regression konnten für einige Parameter Modellgleichungen aufgestellt werden, die eine Vorhersage der Zielgröße ermöglichten. In dieser Arbeit ist es gelungen, sedimentationsstabile WC/Co-Suspensionen herzustellen, die einen stabilen Spritzprozess über einen weiten Parameterbereich ermöglichen. Es wurden homogene WC/Co-Schichten mit sehr geringerer Porosität abgeschieden, die durch eine Verminderung der Decarburierung und einer daraus resultierenden Optimierung der Schichteigenschaften das Potential haben, die Lücke zwischen Dünnschichtverfahren und Dickschichtverfahren zu schließen und ein Ersatz für Hartchrombeschichtungen zu werden

Modelling and prediction of bacterial attachment to polymers

Infection by pathogenic bacteria on implanted and indwelling medical devices during surgery causes large morbidity and mortality worldwide. Attempts to ameliorate this important medical issue have included development of antimicrobial surfaces on materials, ‘no touch’ surgical procedures, and development of materials with inherent low pathogen attachment. The search for new materials is increasingly being carried out by high throughput methods. Efficient methods for extracting knowledge from these large data sets are essential. We used data from a large polymer microarray exposed to three clinical pathogens to derive robust and predictive machine-learning models of pathogen attachment. The models could predict pathogen attachment for the polymer library quantitatively. The models also successfully predicted pathogen attachment for a second-generation library, and identified polymer surface chemistries that enhance or diminish pathogen attachment