Abgeschlossene Großprojekte

 

SFB 1120 - Präzision aus Schmelze

Kurzbeschreibung:

Das Fügen und Beschichten metallischer Bauteilen mittels Schmelzprozessen stellt eine besondere Herausforderung dar, da das Fließen sowie die Erstarrung der Schmelze die Bauteilgeometrie und ‑oberfläche stark beeinflussen. Auch thermische Effekte wie die Wärmeübertragung und –leitung sowie mikrostrukturelle Veränderungen von Grund- und Zusatzwerkstoff haben Einfluss auf den Grad der finalen Bauteil­genauigkeit. Durch die Steigerung der Präzision in diesen Schmelzprozesse können aufwendige Endbearbeitungsprozesse reduziert werden, was insbesondere bei größeren Hochpräzisionsbauteilen zu einem wirtschaftlichen Vorteil führt.

Zur Beeinflussung der Schmelzphasendynamik und Erstarrung sind neue Ansätze und Technologien erforderlich. Die Erarbeitung eines übergreifenden Prozessverständnisses unter Anwendung des Ansatzes „Precision Melt Engineering“ sowie daraus abgeleiteten Maßnahmen, die den Präzisionsanforderungen schmelzbasierter Fertigungsverfahren wie Urformen, Fügen, Trennen, Additive Fertigung und Beschichten gerecht werden, sind die Ziele des Sonderforschungsbereichs 1120 (SFB 1120). In diesem arbeiten 11 Forschungseinrichtungen der RWTH Aachen University in 22 Teilprojekten an den gemeinsamen Zielen. Das IOT bearbeitet dabei die drei Teilprojekte A5, A10 und A12

Das Teilprojekte A5 zielt darauf ab, die Präzision beim Hartlöten bzw. beim TLP-Bonding zu erhöhen. Um Sprödphasen gezielt zu reduzieren und die mechanischen Eigenschaften zu verbessern, werden Lötlegierungen optimiert und Hartlötprozesse durch eine stromunterstützte Prozessführung weiterentwickelt.

Im Teilprojekt A10 wir der gesamte Prozess des Plasmaspritzens vom Plasmagenerator bis zum Schichtaufbau simuliert. Dabei sollen Störgrößen identifiziert und mögliche Kompensationsstrategien erarbeitet werden.

Das Teilprojekt A12 beschäftigt sich mit der Entwicklung von thermisch gespritzten Beschichtungen, mit denen der Wärmefluss an Oberflächen gezielt gesteuert werden kann. Dazu werden Gießwerkzeuge beschichtet, um eine hochdynamische Temperierung im Gießprozess zu realisieren.

Förderinstitution: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
Projektnummer: SFB 1120
Laufzeit: 01.07.2018 bis 30.06.2022
 

SPP 2074 - Fluidfreie Schmiersysteme mit hoher mechanischer Belastung

Kurzbeschreibung:

Im Forschungsprogramm Fluidfreie Schmiersysteme mit hoher mechanischer Belastung - SPP 2074 sollen die Reibungs- und Verschleißmechanismen durch die Transferschichtbildung in tribologischen Systemen bei Schmierung mit Festschmierstoffen erforscht werden. Dafür sollen systemspezifisch zunächst Bereitstellungsprozesse des Festschmierstoffes in Abhängigkeit der Einsatzbedingungen (u. a. Temperatur, Pressung, Gleitgeschwindigkeiten) ermittelt werden, um die Voraussetzungen für eine Verfügbarkeit von Festschmierstoff im zu schmierenden Kontaktbereich gewährleisten zu können. Abhängig von den Einsatzbedingungen, dem Schmierstoff und den Kontaktpartnern im hochbelasteten Kontakt sollen darauf aufbauend die Transferprozesse geklärt werden. Hier kann zwischen physikalischen und chemischen Transferprozessen unterschieden werden, welche einen möglichst dauerhaften Transfer ermöglichen. Physikalische Haftungsmechanismen können u. a. durch eine mechanische „Verklammerung“ von Festschmierstoffbestandteilen mit der Oberfläche erfolgen, chemische Mechanismen können u. a. auf Physi- und Chemisorption beruhen. Das Verständnis soll schließlich zur Synthese von Systemen zur Bereitstellung und dem geeigneten Transfer von Festschmierstoffen in hochbelasteten Kontaktbereichen genutzt werden.

Im Teilprojekt „Fluidfrei geschmierte Stirnradverzahnungen – tribologische Analyse und Auslegung“ werden selbstschmierende Hartstoffschichten für den Einsatz auf Verzahnungen entwickelt. Genauere Informationen erhalten sie hier.

Förderinstitution: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
Projektnummer: SPP 2074 - 407712786
Laufzeit: 01.07.2018 bis 01.01.2022
 
 

High Power Pulsed Magnetron Sputtering (HPPMS) Schichtsynthese und Prozessverständnis

Kurzbeschreibung:

Das Projekt A1 ist ein Teilprojekt des transregionalen Sonderforschungsbereiches SFB-TR87 in der dritten Förderphase, in dem die grundlegenden Mechanismen des Synthesewegs zur Herstellung von Hartstoffschichten in Hochleistungsplasmen erforscht werden. Die Validierung und Durchgängigkeit der Methodik zur wissensbasierten Auslegung industrierelevanter Beschichtungsprozesse auf komplexen Bauteilen für ein konkretes Belastungskollektiv wird in der dritten Phase abgeschlossen. Ein Ziel ist der Transfer der wissensbasierten Methodik zur Prozessentwicklung für das mehrlagige Cr-Al-O-N-Schichtkonzept auf (Ti;V)-Al-O-N. Bei der Validierung, werden Ergebnisse aus unterschiedlichen, im SFB entwickelten Modellen, zusammengeführt. Es erfolgt die Übertragung auf Niedertemperaturprozesse für Kunststoffsubstrate. Ein weiteres Ziel ist die Steigerung der Haftung zwischen den Einzellagen und zum Substrat. Die Ätzphase des PVD-Prozesses erforschend, legt A1 die Plasmaätzprozesse nach Vorgabe eines Projektpartners innerhalb des SFB-TR87 für Stahl- und Kunststoffsubstrate aus. Die für die Haftung entscheidende Substrattemperatur wird in den unterschiedlichen PVD-Prozessphasen mit dem neuen Temperatursensor online gemessen und ein Einfluss der Eigenspannungen auf die Haftung erforscht. Weiterhin werden die theoretisch optimalen Lagendicken und Eigenspannungen ermittelt, die A1 bei der Schichtherstellung umsetzt. Die Arbeiten werden um korrosive Wechselwirkungen erweitert, deren Einfluss auf die Kunststoffdegradation und den Adhäsionsverschleiß erforscht wird. Die neuen Bewertungsmethoden zur Interaktion Polycarbonat-Schmelze/Cr-Al-O-N werden auf andere Kunststoffe und Beschichtungen übertragen und validiert. Für die Extrusion ist langfristig eine Prognose zur Schichtauswahl in Abhängigkeit des Kunststoffes möglich, die wissensbasiert in Plasmaprozessen hergestellt wird. Poster SFB-TR 87 A1

Förderinstitution: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
Projektnummer: SFB-TR 87 A1 - DFG TRR 87/3
Laufzeit: 01.07.2018 bis 30.06.2022
 
 

Auswirkungen von Plasmaeigenschaften auf Beschichtungseigenschaften in gepulsten Hochleistungsplasmen

Kurzbeschreibung:

Im Teilprojekt C6 des transregionalen Sonderforschungsbereichs SFB-TR 87 erfolgt in der
3. Förderphase die Validierung von in der 2. Förderphase entwickelten Methoden zur Prozessanalyse, indem Ergebnisse aus dem System Cr-Al-O-N auf (Ti;V)-Al-O-N übertragen werden. Es soll gezeigt werden, dass die Prozessentwicklung durch die Plasmadiagnostik deutlich verkürzt werden kann. Gleichzeitig wird die für die Schichtentwicklung relevante Inkorporation von Stickstoff in die Beschichtung analysiert. Darüber hinaus steht auch die Übertragung sowie Validierung der entwickelten Diagnostikmethoden hin zu einer produktionstauglichen Prozessdiagnostik im Fokus. Erstmals wird auch die Reinigungswirkung des Plasmaätzens zur Haftungssteigerung auf Stahl- und Kunststoffsubstraten diagnostisch untersucht. Hierzu wird die Qualität und Effektivität der Plasmareinigung mit Plasmakennwerten und der Substrattemperatur korreliert, um eine bestmögliche Plasmareinigung nahe der maximal erlaubten Temperaturen zu ermöglichen. Ein weiteres Ziel ist der iterative Aufbau sowie die Validierung von künstlichen neuronalen Netzwerken (KNN). Hierbei werden die Zusammenhänge Prozess-Plasma, Plasma-Schicht und Schicht-System betrachtet. Insgesamt leistet C6 einen zentralen Beitrag zur Überwindung der empirischen Vorgehensweise bei der Schichtentwicklung mittels Hochleistungsplasmen. Poster SFB-TR 87 C6

Förderinstitution: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
Projektnummer: SFB-TR 87 C6 – DFG TRR 87/3
Laufzeit: 01.07.2018 bis 30.06.2022
 
 

Exzellenzcluster „Integrative Produktionstechnik für Hochlohnländer“ - Projekt C3 „Multi-Technologie Produkte“ – Test Case „Optische Bauteile“

Kurzbeschreibung:

Das Ziel des Forschungsprojektes war die Entwicklung einer durchgängigen Prozesskette zur Herstellung strukturierter, optisch funktionaler Kunststoffbauteile. Hierzu wurden mittels Lasertechnologie Strukturen im Mikro- oder Nanometerbereich in die Kavitäten des Spritzgusswerkzeugs eingebracht, die im nachfolgenden Kunststoffverarbeitungsprozess durch spröde Kunststoffe, wie z.B. Polycarbonat und Polymethylmethacrylat, abgeformt wurden. Durch Beschichtung des laserstrukturierten Werkzeuges mittels des Verfahrens der physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD) konnte eine Reduktion des Verschleißes und der Adhäsionskraft, zwischen der Werkzeugoberfläche und den zu verarbeitenden Kunststoffen, erreicht werden. Darüber hinaus zeigte sich, dass Laserstrukturen nur durch die Modifizierung der Oberfläche mit einer geeigneten PVD-Beschichtung transplantierbar sind. Ohne die zusätzliche Beschichtung brechen diese beim Entformen ab und verbleiben im Werkzeug. Die Abformqualität konnte abhängig vom Strukturtyp des Kunststoffs um 20 bis 30 % verbessert werden. Poster EXC-128

In der Überbrückungsphase werden PVD-Sensorschichten zur Temperaturmessung entwickelt. Dabei liegt der Fokus auf metallischen Sensorschichten die durch Hartstoffschichten vor Verschleiß geschützt werden sowie Sensorschichten, die selbst aus Hartstoffschichten bestehen. Die Sensorschichten sind geeignet, Daten aus der Produktion in Echtzeit zur Verfügung zu stellen. Durch die Kombination mit einer thermisch gespritzten Heizleiterschicht zu einem Sensor-Aktor-System, können die Schichtsysteme autark in die Temperaturführung von Fertigungsprozessen eingreifen. Poster EXC-128 Überbrückungsphase

Förderinstitution: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
Projektnummer: EXC-128
Laufzeit:

01.01.2012 – 31.10.2017

01.11.2017 bis 31.12.2018 (Überbrückungsphase)

 
 

Einfluss der Fest-Flüssig-Reaktionen im Lötspalt auf Lötguteigenschaften und Präzision

Kurzbeschreibung:

Das Ziel des Teilprojekts A5 ist es, den Anteil der intermetallischen Phasen im Lötgut und die Auswirkungen einer Wärmebehandlung des Grundwerkstoffs beim Fügen von Warmarbeits­stählen mit Nickelbasisloten zu reduzieren und damit die mechanischen und thermischen Eigenschaften des Fügeverbunds zu verbessern. Das soll u. a. durch eine Reduktion des Kornwachstums des Grundwerkstoffs durch eine angepasste Temperatur­führung sowie stromunterstützt beschleunigte und gerichtete Diffusion während des Lötprozesses erreicht werden. Poster SFB 1120 – Teilprojekt A5

Förderinstitution: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
Projektnummer: SFB 1120 – Teilprojekt A5
Laufzeit: 01.07.2018 bis 30.06.2022
 
 

Entwicklung simulativer Ansätze zur gezielten Auslegung der Eigenschaften
plasmagespritzter Beschichtungen

Kurzbeschreibung:

DasTeilprojekt A10 beschäftigt sich mit der gezielten Auslegung von plasmagesprizten Wärmedämmschichten
mittels numerischer Vorhersage. Beim atmosphärischen Plasmaspritzen beeinflussen nicht nur die
eingestellten Prozessparameter, sondern auch die Störgrößen die Prozesscharakteristika. Damit werden
auch die Vorgänge, die beim Übergang der schichtbildenden Partikeln aus dem Festzustand in die (Teil-)
Schmelze bzw. aus der (Teil-)Schmelze in dem Festzustand auftreten, beeinflusst. Die Korrelationen zwischen den Prozessparametern und Schichteigenschaften wurden in der ersten Phase erfolgreich numerisch und experimentell nachgewiesen. Der Fokus in der zweiten Phase liegt in der Untersuchung der störgrößenabhängigen
Prozessänderungen mittels Modellierung und Simulation. Das Ziel der zweiten Phase ist die Vorhersage der
Schichteigenschaften unter Miteinbeziehung der in realen Prozessen auftretenden Störgrößen. Poster SFB 1120 – Teilprojekt A10

Förderinstitution: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
Projektnummer: SFB 1120 – Teilprojekt A10
Laufzeit: 01.07.2018 bis 30.06.2022