Teilprojekt A4: Entwicklung von Werkzeug-Beschichtungssystemen
- Prof. Dr.-Ing. Oechsner
- Beteiligte Teilprojekte: B3
Ziel des TP A4 ist die Entwicklung kombinierter PVD / PA-CVD Beschichtungssysteme zum Einsatz in der Warmumformung von Aluminiumlegierungen, die aufgrund ihrer geringen Adhäsionsneigung einen vollständigen Verzicht auf Schmier- und Trennstoffe erlauben.
Dies erfolgt mit einer an MPA-IfW vorhandenen, industriellen Beschichtungsanlage, mit der sowohl PVD- als auch PA-CVD-Schichten mittels Gas- und Flüssig-Precursoren einzeln oder als Duplexprozesse hergestellt werden können. Die PVD-Schichten können mittels DC- oder HIPIMS-Verfahren abgeschieden werden. Darüber hinaus kann eine Plasmanitrierbehandlung als Vorbehandlung zur Verbesserung der Schichthaftung erfolgen.
Die systematische Weiterentwicklung ternärer PVD-TiAlN und -CrAlN-Schichten stellt den ersten Schritt dar. Ausgehend davon werden Vier- bzw. Vielstoffschichtsysteme synthetisiert, z. B. durch Zulegierung von Silizium (Si), Yttrium (Y), Vanadium (V) oder Elementen der Seltenen Erden, um neben einer Verbesserung der Schichteigenschaften eine weitere Reduzierung der Adhäsionsneigung zu bewirken.
In einem zweiten Schritt werden reibungsarme PA-CVD-DLC bzw. Si-DLC-Schichten einzeln als auch in Kombination mit den PVD-TiAlN- bzw. CrAlN-basierten Schichten synthetisiert, um das Adhäsionsverhalten bei der Warmumformung von Aluminium weiter zu verbessern. Das Schichtdesign erfolgt sowohl über Multilayer als auch über eine Gradierung der Phasenzusammensetzung bei der simultanen PVD- und PA-CVD-Synthese. Im Hinblick auf die Mikroarchitektur der Schichten ist eine Optimierung der Schichtstruktur angestrebt,um das Reibungs- und Verschleißverhalten weiter zu verbessern. Dies kann beispielsweise die gezielte Erzeugung poröser PVD-Schichtstrukturen sein, wobei in die Porositäten die reibungsmindernden DLC-Komponenten eingebaut werden.
Weiterhin wird die Synthese multifunktionale Mehrlagensysteme erforscht, um z. B. sensorische oder thermoaktive Eigenschaften mit den primären tribologischen und reibungsmindernden Eigenschaften der Schichten kombiniert. So könnten sich über sensorische Schichten lokale Temperaturen messen oder über thermoaktive Schichten Wärmeströme steuern lassen.