Abgeschlossene Projekte PVD-W

 

Einfluss von HPPMS-Pulsparametern auf die Stöchiometrie und die Bildung von Reaktionsschichten auf nitridischen Hartstoffschichten für die Zerspanung

Kurzbeschreibung:

Das übergeordnete Ziel des Forschungsvorhabens besteht in einem Erkenntnisgewinn über den Einfluss der chemischen Zusammensetzung von TiAlCrSiON-Nanokompositen auf die Interaktion mit Stahl unter tribologischer Beanspruchung und auf das Schadenskollektiv in der Zerspanung. Nach der Schichtherstellung wird ein Einfluss der chemischen Zusammensetzung auf die weiteren Schichteigenschaften und auf die Haftung gegenüber Hartmetall untersucht. Durch Einsatz der tribologischen Modelltests wird das Beanspruchungskollektiv, das beim Fräsen auftritt, nachgebildet. Hierbei werden grundlegende Zusammenhänge der Schichteigenschaften mit dem Reibungsverhalten und der Reaktionsschichtbildung im tribologischen Systemtest erforscht. Es wird zudem untersucht, ob sich durch einen gesteigerten Aluminium- und Sauerstoffgehalt der Verschleiß in den Systemtests reduzieren lässt. Schließlich wird untersucht, ob sich die in den Systemtests gefundenen Zusammenhänge auf Feldversuche übertragen lassen. Hierbei wird die Ausprägung der grundlegenden Schadensmechanismen im Zerspanprozess in Abhängigkeit des Reibungsverhaltens erforscht.

Förderinstitution:	Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
Projektnummer:	BO 1979/48-2
Laufzeit:	01.10.2021 bis 30.09.2023

 

Untersuchung temperaturaktiver, reibungsmindernder Schichtsysteme für die Drehbearbeitung von Titanlegierungen

Kurzbeschreibung:

Ziel des Forschungsvorhabens besteht im Erkenntnisgewinn über die Ursache-Wirkung Zusammenhänge, durch die eine Reduzierung der Werkzeugbeanspruchung im Zerspanprozess der Titanlegierung TiAl6V4 durch den Einsatz selbstschmierender CrAlMoN-Schichten herbeigeführt werden kann. Der selbstschmierende Effekt beruht hierbei auf der temperaturinduzierten Bildung von leicht scherbaren Molybdänoxiden auf der Schichtoberfläche während dem Zerspanprozess. Die Herstellung der CrAlMoN-Schichten mit variiertem Elementgehalt erfolgt in direct current Magnetron Sputtering (dcMS) / High Power Pulse Magnetron Sputtering (HPPMS)-Beschichtungsprozessen mittels einer industriellen Beschichtungsanlage. In nachfolgenden Analysen der beschichteten Hartmetall Substraten werden die Einflüsse des temperaturaktiven Elements Molybdän auf Schicht- und Verbundeigenschaften ermittelt. Das Oxidations- und das Diffusionsverhalten sowie das Reibungsverhalten wird in Modelltests untersucht. Weiterhin werden die Werkzeuge in Zerpanversuchen eingesetzt und anschließend einer umfangreichen Schadensanalyse unterzogen. Zudem wird mittels eines neuartigen Temperaturmessaufbaus die Zerspantemperatur während des Drehens von Titan sowohl im trockenen Kontakt als auch unter Minimalmengenschmierung gemessen. Die Zerspanversuche sind zum einen mit CrAlMoN-beschichteten Werkzeugen geplant. Zum anderen sind Referenzversuche mit unbeschichteten und CrAlVN-beschichteten Werkzeugen vorgesehen, um offene Fragestellungen hinsichtlich der vorliegenden Zerspantemperatur zu klären.

Förderinstitution:	Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
Projektnummer:	BO 1979/69-2
Laufzeit:	01.03.2022 bis 28.02.2023

 

Experimentelle und simulative Erforschung des Ermüdungsverhaltens von Werkstoffverbunden aus Cr basierten nitridischen Hartstoffschichten auf Stahlsubstrat unter zyklisch stoßenden Belastungen und Biegebeanspruchungen

Kurzbeschreibung:

Die mit PVD- (Physical Vapour Deposition) beschichteten Werkzeuge unterliegen im Einsatz in tribologischen Anwendungen, wie z. B. beim Vollvorwärtsfließpressen, üblicherweise zyklischen und stoßenden Beanspruchungen sowie überlagerten Biegebelastungen. Das übergeordnete Ziel des Forschungsvorhabens ist daher die experimentelle und simulative Erforschung des Ermüdungsverhaltens von Werkstoffverbunden aus CrAlN-Hartstoffschichten und dem Stahlsubstrat HS6-5-2C (1.3343) sowohl unter zyklischen und stoßenden Beanspruchungen als auch unter Biegebeanspruchungen. Es wird ein grundlegender Beitrag zur Beschreibung von Versagensmechanismen in Abhängigkeit von den Schichteigenschaften Schichtdicke, Morphologie, chemischer Zusammensetzung und elastisch-plastischen Eigenschaften sowie den tiefenabhängigen Eigenschaften Eindringhärte, Eindringmodul und Eigenspannungen geleistet. Poster BO 1979/71-1

Förderinstitution:	Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
Projektnummer:	BO 1979/71-1
Laufzeit:	01.07.2020 bis 31.12.2022

 

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 31.12.2022

 

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 31.12.2022

 

Erforschung der Wechselwirkungen von einer inkrementellen Randzonenumformung und einer HPPMS-Beschichtung auf Feinschneidstempeln zur Ermöglichung einer belastungsgerechten Einstellung der Oberflächenintegrität

Kurzbeschreibung:

Das Ziel des Forschungsprojektes ist die Erforschung einer Verfahrenskombination aus einer inkrementellen Randzonenumformung und anschließenden Niedertemperatur-Abscheidung von TiAlCrSiN-Schichten. Hierdurch soll mittels gezielter Prozessführung eine für die Ermüdungs- und Verschleißbeständigkeit vorteilhafte, mechanisch und thermisch stabile Oberflächenintegrität in der Randzone von Feinschneidstempeln aus pulvermetallurgischen Schnellarbeitsstahl erzeugt werden. Die Prozesstemperaturen werden hierzu substratseitig in situ in Abhängigkeit der Prozessparameter ermittelt, so dass keine Relaxation der zuvor induzierten Kaltverfestigung und Druckeigenspannungen auftritt. Poster BO 1979/72-1

Förderinstitution:	Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
Projektnummer:	BO 1979/72-1
Laufzeit:	01.01.2020 bis 30.06.2022

 

Druckstrahlbehandlung von Werkzeugoberflächen, Einsatz von PVD-Schichten und Plasmaanalyse des gepulsten Lichtbogenverdampfens für die Standzeiterhöhung im Aluminiumdruckguss

Kurzbeschreibung:

Das Ziel des Forschungsprojektes ist die Standzeiterhöhung von Kernwerkzeugen im Aluminiumdruckguss durch eine gezielte Kombination von Oberflächenmodifikation und Schichtapplikation. Das Schichtsystem CrN/AlN+Al₂O₃ wird durch die Herstellung einer phasenstabilen γ-Al₂O₃-Deckschicht im gepulsten Lichtbogenverdampfen weiterentwickelt. Mittels plasmadiagnostisch unterstützter Schichtentwicklung werden hierfür geeignete Parameter ausgewählt. Im industriellen Aluminiumdruckguss werden ausgewählte Beschichtungen zur Herstellung von Motorblöcken eingesetzt. In der anschließenden Schadensanalyse werden die Ursache-Wirkungs-Zusammenhänge der verschiedenen Maßnahmen der Oberflächentechnik analysiert. Poster IGF 20231 N

Förderinstitution:	Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsgemeinschaften (AiF)
Projektnummer:	IGF 16/05 Nr. 20231 N
Laufzeit:	01.08.2019 bis 30.04.2022

 

Untersuchung temperaturaktiver, reibungsmindernder Schichtsysteme für die Drehbearbeitung von Titanlegierungen

Kurzbeschreibung:

Ziel des Forschungsprojektes ist die Herstellung und Analyse von reibungsmindernden CrAlVN-Schichtsystemen für die Drehbearbeitung von TiAl6V4. Eine Reibungsreduzierung im Zerspanprozess soll hierbei durch die temperatur­induzierte Bildung von leicht scherbaren Vanadiumoxiden auf der Schichtoberfläche erzielt werden. Die Herstellung der Schichtsysteme erfolgt in einem hybridem direct current Magnetron Sputtering / High Power Pulse Magnetron Sputtering (dcMS/HPPMS)-Beschichtungsprozesse mittels der industriellen Beschichtungsanlage CC 800/9 HPPMS, CemeCon AG, Würselen. In nachfolgenden Analysen der beschichteten Hartmetall Substraten werden die Einflüsse des temperaturaktiven Elements Vanadium auf Schicht- und Verbundeigenschaften ermittelt. Weiterhin werden die Wechselwirkungen zwischen den Schichtsystemen und der Titanlegierung TiAl6V4 bei Temperaturen bis zu T = 800 °C mittels verschiedener Wärmebehandlungen analysiert. Eine Untersuchung des thermischen und mechanischen Beanspruchungs­kollektivs in Zerspanversuchen von TiAl6V4 soll zudem zum Verständnis der Leistungsfähigkeit und der Schadensmechanismen des neuartigen CrAlVN-Schichtsystems beitragen.

Förderinstitution:	Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
Projektnummer:	BO 1979/69-1
Laufzeit:	01.04.2019 bis 31.12.2021

 

Trockenumformen niedriglegierter Stahlwerkstoffe durch Vollvorwärtsfließpressen mit selbstschmierender Werkzeugbeschichtung und strukturierten Halbzeugen

Kurzbeschreibung:

Das Ziel der dritten Förderphase des Forschungsprojekts ist die erstmalige Realisierung der Trockenumformung von Stahl durch Vollvorwärts-Fließpressen (VVFP) basierend auf grundlegenden Erkenntnissen der Wechselwirkung zwischen selbstschmierenden (Cr,Al)N+X:S-Schichten (X = Mo, W) und strukturierten Halbzeugoberflächen. Hierbei gilt es den hybriden dcMS/HPPMS (direct current Magnetron Sputtering/High Power Pulsed Magnetron Sputtering) Beschichtungsprozess hinsichtlich dem sich ändernden Beanspruchungs­kollektiv entlang der Längsachse einer zweischultrigen Umformmatrize an­zupassen. Anschließend erfolgen trockene Umformversuche mit strukturierten Halbzeugen. Poster BO 1979/44-2

Förderinstitution:	Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
Projektnummer:	BO 1979/44-2
Laufzeit:	01.01.2018 bis 31.12.2019

 

Entwicklung, Analyse und Erprobung neuartiger Beschichtungen für das Präzisionsblankpressen

Kurzbeschreibung:

Das Ziel des Forschungsprojektes ist es, die Effizienz des Präzisionsblankpressens durch neuartige Beschichtungen und das Waferlevel-Glaspressen zu steigern. Mithilfe innovativer Beschichtungen sollen die Standzeiten der Presswerkzeuge für ein breites Spektrum an Gläsern signifikant erhöht werden, so dass Standzeiten von > 1.000 Presszyklen realisiert werden können. Beim Waferlevel-Glaspressen wird eine Vielzahl von optischen Komponenten pro Presszyklus hergestellt. Um die Standzeit zu erhöhen, werden nitridische (Cr,Al,Si)N, (Cr,Al,C)N und oxinitridische Beschichtungen (Cr,Al)ON sowie amorphe Kohlenstoffschichten a-C (diamond-like carbon, DLC) mittels Hochleistungsplasmen (High Power Pulsed Magnetron Sputtering, HPPMS) entwickelt. Darüber hinaus wird die Wechselwirkung zwischen Glas und Beschichtung, die zum Versagen der Werkzeuge führt, untersucht. Poster ZF4059002HM6

Förderinstitution:	Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM)
Projektnummer:	ZF4059002HM6
Laufzeit:	01.09.2016 bis 31.08.2019

 

Einfluss von HPPMS-Pulsparametern auf die Stöchiometrie und die Bildung von Reaktionsschichten auf nitridischen Hartstoffschichten für die Zerspanung

Kurzbeschreibung:

Das übergeordnete Ziel des Projektes ist es, einen Einfluss der Prozessparameter auf die Stöchiometrie und die Bildung der Reaktionsschicht auf Hartstoffschichten zu erforschen, um eine Verbesserung der Verschleißbeständigkeit und der thermischen Stabilität von beschichteten Zerspanwerkzeugen in der Hochleistungszerspannung zu erreichen. Hierzu wird ein neuartiger Hybridprozess mit kombinierter dcMS (direct current Magnetron Sputtering)- und HPPMS (High Power Pulsed Magnetron Sputtering)-Leistungsversorgung eingesetzt. Durch Verwendung eines Schichtkonzepts mit Nanokomposit-Schichtarchitektur sollen besonders günstige Eigenschaften, wie eine hohe Eindringhärte und eine hohe Oxidationsbeständigkeit, erzielt werden. Die Erforschung des Einflusses der Prozessparameter und einer Wärmebehandlung auf die Stöchiometrie der Reaktionsschichten, die Wechselwirkung mit Stahl und das Hochtemperaturverhalten stehen im Fokus. Im Rahmen des Projektes werden Wärmebehandlungen im Kontakt mit einem Stahlgegenkörper an der sauerstoffhaltigen Umgebungsatmosphäre durchgeführt. Die Untersuchung der Wechselwirkung erfolgen mittels Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS), Rasterelektronenmikroskopie (REM), Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) und Röntgendiffraktometrie (XRD). Poster DFG BO1979/48-1

Förderinstitution:	Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
Projektnummer:	DFG BO1979/48-1
Laufzeit:	01.08.2017 bis 31.07.2019

 

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)

 

Trockenumformen niedriglegierter Stahlwerkstoffe durch Vollvorwärtsfließpressen mit selbstschmierender Werkzeugbeschichtung und strukturierten Halbzeugen

Kurzbeschreibung:

Das Ziel der zweiten Förderphase des Forschungsprojekts ist die Modellbildung zur Erklärung der tribologischen Wechselwirkungen beim Vollvorwärts-Fließpressen (VVFP) zwischen selbstschmierenden (Cr,Al)N+X:S-Werkzeugbeschichtungen (X = Mo, W) und strukturierten Halbzeug­oberflächen. Hierbei gilt es, die Prozessgrenzen bei der Schicht­herstellung mittels der hybriden dcMS/HPPMS (direct current Magnetron Sputtering/High Power Pulsed Magnetron Sputtering) Technologie dahingehend anzupassen, dass eine Schichtapplizierung realer VVFP-Matrizen und anschließenden Standzeituntersuchungen auf einer industriellen Umformpresse erfolgen kann. Poster BO 1979/44-1

Förderinstitution:	Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
Projektnummer:	BO 1979/44-1
Laufzeit:	01.11.2015 bis 31.08.2018

 

High Power Pulsed Magnetron Sputtering (HPPMS) Schichtsynthese und Prozessverständnis

Kurzbeschreibung:

Das Projekt A1 war ein Teilprojekt des transregionalen Sonderforschungsbereiches SFB-TR87 in der zweiten Förderphase, in dem die grundlegenden Mechanismen des Synthesewegs zur Herstellung von Hartstoffschichten in Hochleistungsplasmen erforscht werden. Das übergeordnete Ziel des Teilprojektes besteht in der wissensbasierten Auslegung industrierelevanter Beschichtungsprozesse auf komplexen Bauteilen für ein konkretes Belastungskollektiv, am Beispiel der Kunststoffextrusion. Die in gepulsten Hochleistungsplasmen synthetisierten Schichten schützen die Stahlkomponenten der Extrusionsanlage vor abrasivem und adhäsivem Verschleiß. In der zweiten Phase wurde für Cr‑Al‑O‑N eine mehrlagige Schichtarchitektur entwickelt, die innerhalb eines Beschichtungsprozesses durch Parametervaria­tion generiert wird. Jeder Einzellage werden Funktionen zugeordnet, um teilweise gegensätzliche Anforderungen in der Extrusion zu erfüllen. Die Schichtarchitektur besteht neben dem Haftvermittler aus einem hochfesten und zähen Nanolaminat zum Abrasions- und einer dünnen oxinitridischen Decklage zum Adhäsionsschutz. Geeigneten Nanolagen-Dicken im Nanolaminat wurden ausgewählt. Die Anhaftung von Kunststoffschmelze aus Polycarbonat wurde in Kooperation mit einem weiteren Teilprojekt durch Entwicklung neuer Modelltests erforscht. Hierbei wurde die Oxidstruktur der Reaktionsschicht untersucht, die sich spontan auf der Hartstoffschicht bildet. Weiterhin wurden die speziellen Vorteile der Arten der Leistungsversorgung direct current Magnetron Sputtering (dcMS) und High Power Pulsed Magnetron Sputtering (HPPMS) durch die Entwicklung eines hybriden dcMS/HPPMS-Prozesses vereint. Durch den in A1 neu entwickelten Temperatursensor ist es jetzt auch möglich, die Temperatur an der Substratoberfläche während der einzelnen Phasen im Beschichtungsprozess online zu erfassen. Poster SFB-TR 87 A1

Förderinstitution:	Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
Projektnummer:	SFB-TR 87 A1 - DFG TRR 87/2
Laufzeit:	01.07.2014 bis 30.06.2018

 

Beschreibung des elastischen und plastischen Verhaltens nanostrukturierter Schichten

Kurzbeschreibung:

Ziel des Teilprojektes A4 war es, das mechanische Verhalten von Werkstoffverbunden, bestehend aus Stahlsubstrat 1.2083 und Beschichtung im System M-Al-O-N (M = Cr, V), bis zum Versagensbeginn zu erforschen. A4 lieferte wichtige Erkenntnisse zu den Ursache-Wirkung-Zusammenhängen zwischen Beschichtungstechnologie, Schichtarchitektur und Festigkeitssteigerung für die Prozessauslegung. Das elastisch-plastische Verbundverhalten wurde bis hin zum Schädigungsbeginn mittels Nanoindentation quantifiziert. CrN/AlN-Nanolaminate zeigen eine steigende Festigkeit und Bruchzähigkeit mit sinkender Nanolagendicke. Dagegen wurde ein deutlich spröderes Verhalten der Oxinitride nachgewiesen. Durch Korrelation der mechanischen Daten von A4 mit den Plasmaeigenschaften standen zudem wichtige Erkenntnisse für die Prozessauslegung und zur Auslegung der Strukturzonenmodelle zur Verfügung. Darüber hinaus wurden die Ergebnisse von A4 zum Training künstlicher neuronaler Netzwerke (KNN) genutzt. Wichtigstes Ergebnis bei der Analyse des ausgeprägten plastischen Verhaltens der Hartstoffschichten ist hierbei die Identifizierung des Korngrenzgleitens als dominierender Mechanismus. In das entwickelte Modell mittels Finite-Elemente-Methode (FEM) von A4 wurden Schichtdicken, Eigenspannungen und das Versagenskriterium implementiert. Poster SFB-TR 87 A4

Förderinstitution:	Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
Projektnummer:	SFB-TR 87 A4 - DFG TRR 87/2
Laufzeit:	01.07.2014 bis 30.06.2018

 

Auswirkungen von Plasmaeigenschaften auf Beschichtungseigenschaften in gepulsten Hochleistungsplasmen

Kurzbeschreibung:

Das übergeordnete Ziel im Teilprojekt C6 des transregionalen Sonderforschungsbereichs SFB-TR 87 in der 2. Förderphase war die Analyse von Plasmaeigenschaften zur Beschreibung der Ursache-Wirkung-Zusammenhänge auf die Schichteigenschaften in einer großskaligen Beschichtungsanlage CC800/9-Modell, CemeCon AG, Würselen. Der Fokus von C6 lag hierbei auf der substratseitigen Plasmadiagnostik. Gleichzeitig wurde auch mit dem Aufbau erster künstlicher neuronaler Netze (KNN) begonnen. Die Plasmadiagnostik wurde weiterentwickelt, um den Bedingungen in produktionsrelevanten Prozessen gerecht zu werden. Es konnten wesentliche Verbesserungen von Hochleistungsplasmen wie dem High Power Pulsed Magnetron Sputtering (HPPMS) bspw. durch kürzere Puls-an-Zeiten t_on und höhere Frequenzen f erreicht und erklärt werden. Darüber hinaus können durch die Analyse der Plasmarandschicht die Schichteigenschaften auf komplexen Geometrien jetzt besser verstanden und beeinflusst werden. Poster SFB-TR 87 C6

Förderinstitution:	Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
Projektnummer:	SFB-TR 87 C6 – DFG TRR 87/2
Laufzeit:	01.07.2014 bis 30.06.2018

 

Untersuchung des Einflusses von Beschichtungen auf Extruderschnecken zur Verbesserung der Prozessführung

Kurzbeschreibung:

Das Ziel des Forschungsvorhabens war die Bewertung des Einflusses von neuartigen PVD-Beschichtungen auf Extruderschnecken zur Verbesserung der Prozessführung. Dies umfasste die Entwicklung geeigneter Beschichtungsprozesse zur Herstellung der nitridischen (Cr,Al)N und oxinitridischen (Cr,Al)ON-Hartstoffbeschichtungen durch die Beschichtungsverfahren Lichtbogenverdampfen (Arc), middle frequency magnetron sputtering (mfMS) und den hybriden dcMS/HPPMS-Prozess. Die Untersuchungen wiesen nach, dass der Einsatz von PVD-Beschichtungen, im Vergleich zum unbeschichteten Nitrierstahl, zur Verbesserung der Reibungskoeffizienten und der Adhäsionsneigung führen. Der aus wirtschaftlichen Gründen geforderte hohe Massedurchsatz bei gleichzeitig niedrigem spezifischem Energiebedarf konnte durch den Einsatz beschichteter Extruderschnecken realisiert bzw. gegenüber der unbeschichteten Extruderschnecke signifikant verbessert werden. Poster ZN-497 / 2

Förderinstitution:	Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF)
Projektnummer:	ZN-497 / 2
Laufzeit:	01.08.2013 – 31.01.2016