PVD-Technologie (Bauteile)

 

Laufende Projekte

Ansprechpartner

Portraitfoto Möbius © Urheberrecht: Carl Brunn

Name

Max Philip Möbius

Gruppenleiter PVD-B

Telefon

work
+49 241 80 95346

E-Mail

E-Mail
 

Exzellenzcluster „Internet of Production“ - Teilprojekt WS-B1.I „Integrated Computational Materials Engineering”

Kurzbeschreibung:

Im Rahmen des Teilprojekts WS-B1.I wird ein mehrlagiges Schichtsystem für die präzise Temperaturerfassung und –regelung in Produktionsprozessen entwickelt. Das Schichtsystem besteht aus einer Aktorschicht zur Wärmeerzeugung, die mittels TS appliziert wird, sowie aus einer Sensorschicht, hergestellt mittels PVD.

Hierfür werden dünne PVD-Schichten im Laufe des Projektes funktionalisiert. Durch die Einbringung einer Sensorfunktion ist es möglich Prozesstemperatur direkt an der Schnittstelle zwischen Werkzeug und Aluminiumschmelze orts- und zeitaufgelöst im Produktionsprozess zu messen. Das Messsignal wird an die TS-Heizschicht weitergleitet, um mit dieser den Prozess gezielt zu steuern. Die PVD-Schicht bietet gleichzeitig Eigenschaften für den Verschleißschutz der eingesetzten Werkzeuge. Mithilfe eines digitalen Schattens wird der Beschichtungsprozess detailliert betrachtet und gesteuert, um die für die Anwendung notwendigen Eigenschaften gezielt einzustellen.

Förderinstitution: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
Projektnummer: EXC 2023/1
Laufzeit: 01.01.2019 bis 31.12.2025
 
 

CHEPHREN – Projekt zur CHEmisch-PHsikalischen Reduzierung der ReibungsENergie

Kurzbeschreibung:

Im Rahmen des IOT-Teilvorhabens werden im Verbundvorhaben CHEPHREN tribologisch wirksame Beschichtungen grundlegend erforscht und zur Erzielung ultra- und supraniedriger Reibung weiterentwickelt. Diese Arbeiten bieten den Startpunkt zur Übertragung der Erkenntnisse in die Anwendungen der Projektpartner und ermöglichen somit langfristig die Erreichung und Umsetzung ökologischer und ökonomischer Ziele. Dazu werden Bauteile der Projektpartner – wie z.B. Zahnräder, Ketten- und Lagerkomponenten – beschichtet. Das erste Ziel des IOT-Teilvorhabens ist die Anpassung triboaktiver (Cr,Al,X)N-Beschichtungen (X = Mo, Cu), die unter tribologischer Beanspruchung mit additivierten Schmierstoffen zur Bildung reibungs- und verschleißreduzierender tribochemischer Reaktionsschichten führen können. Parallel zur Schichtentwicklung für Stahlwerkstoffe werden auch Kunststoffe als Substratwerkstoffe berücksichtigt, um diese bei höheren tribologischen Beanspruchungen einsetzen zu können. Das zweite Ziel der Schichtentwicklung besteht in der Integration von Sensorfunktionen. Dazu werden basierend auf bereits vorliegenden Erkenntnissen Temperatursensorschichten hergestellt und erprobt. Ein Ansatz zur Weiterentwicklung der Beschichtungen basiert dabei auf künstlicher Intelligenz (KI) in Form künstlicher neuronaler Netze (KNN). Dies lässt langfristig eine gezieltere und schnellere Schichtentwicklung im Vergleich zu iterativen Ansätzen erwarten, die den Stand der Forschung und Technik darstellen..

Förderinstitution: Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK)
Projektnummer: 03EN4005J, 03EN4029J
Laufzeit: 01.09.2021 bis 31.08.2024
 
 

Analyse der Transferschichtbildung in initialgeschmierten, beschichteten Antriebsketten

Kurzbeschreibung:

Die Kette stellt ein verbreitetes Maschinenelement der Antriebs- und Fördertechnik dar. Durch aktuelle Bestrebungen zur Steigerung der Energieeffizienz und Nachhaltigkeit sollen die noch offenen Potenziale diesbezüglich ausgeschöpft werden. Zur Steigerung der Nachhaltigkeit wird eine Erhöhung der Lebensdauer unter verringertem Einsatz eines Schmierstoffes angestrebt. Die Lebensdauer wird bestimmt durch die Längung der Kette, welche durch den Verschleiß zwischen Bolzen und Hülse im Kettengelenk zustande kommt. Durch Einsatz einer triboaktiven (Cr,Al,X)N-Beschichtung (X = Mo, Cu) soll der Verschleiß im Kettengelenk trotz einmaliger Initialschmierung zu Beginn des Betriebes reduziert werden. Dabei soll die triboaktive Beschichtung in Wechselwirkung mit dem eingesetzten Schmierfett eine Reaktionsschicht ausbilden, welche sich auf den Gegenkörper (Hülseninnenseite) überträgt und diesen so vor Verschleiß schützt. Weiter entsteht im Kontakt zwischen Bolzen und Hülse ein Großteil der Reibungsverluste, welche die Energieeffizienz der gesamten Kette maßgeblich beeinflussen. Die gebildete Reaktions- und Transferschicht soll zudem reibungsreduzierende Eigenschaften aufweisen, um so die Energieeffizienz einer Antriebskette zu steigern. Dazu soll der Festschmierstoff MoS2 in Wechselwirkung zwischen Beschichtung und Schmierstoff gebildet werden.

Förderinstitution: Deutsche Forschungsgesellschaft (DFG)
Projektnummer: BO1979/81-1
Laufzeit: 01.05.2021 bis 31.10.2023
 
 

Haltbarkeit reibungsmindernder Diamond-like Carbon (DLC)-Beschichtungen für Zahnräder

Kurzbeschreibung:

Die Anforderungen an technische Systeme hinsichtlich Energieeffizienz und Klimaschutz steigen besonders im Bereich der Mobilität und des Anlagenbaus stetig. Zur vollen Ausschöpfung der reibungs- und verschleißmindernden Potentiale von DLC-beschichteten Zahnrädern in industriellen Anwendungen ist eine Erhöhung der Haltbarkeit und die Nutzbarmachung von DLC-Beschichtungen für industrielle Anwendungen erforderlich. Als zielführend wird ausschließlich die gesamtheitliche Betrachtung aller für die Haltbarkeit beschichteter Zahnräder entscheidenden Einflussgrößen angesehen: Substratwerkstoffe, Oberflächenvor- und Wärmebehandlung, Beschichtungsparameter und Zahnradgeometrie. Die industriell etablierte Oberflächenvorbehandlung für Zahnräder ist das Schleifen. Diese Oberflächenqualität führt allerdings zu unzureichender Haftung der DLC-Schichten. Daher werden im Projekt quer- sowie gleitgeschliffene und polierte Oberflächen untersucht. Die Anpassung der Wärmebehandlung ist eng mit der Auswahl alternativer Substratwerkstoffe wie dem Vergütungsstahl 42CrMo4 oder dem Nitrierstahl 15CrMoV5-9 verbunden. Die höheren Anlasstemperaturen lassen neben dem Nitrieren auch höhere Temperaturen im PVD-Prozess zu. Die Anpassung einzelner Beschichtungsparameter erfolgt im Gesamtkontext der systematischen Betrachtung dieser Einflussgrößen. Die tribologische Analyse der beschichteten Proben wird am IOT sowie der Forschungsstelle für Zahnräder und Getriebesysteme (FZG) der Technischen Universität München durchgeführt.

Förderinstitution:

Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsgemeinschaften (AiF)

Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA)

Projektnummer: IGF 21103 N/FVA 585 III
Laufzeit: 01.07.2020 bis 30.06.2023
 
 

Untersuchung der High-Speed PVD-Technologie zur Herstellung von α-Al-O+X und Al-Ti-O+X-Beschichtungen für den Einsatz im Stahl-Druckguss II

Kurzbeschreibung:

Im abgescholssenen Vorhaben BO1979/42-1 konnte gezeigt werden, dass mittels High-Speed Physical Vapour Deposition (HS-PVD) die Abscheidung dicker, oxidischer Hartstoffschichten mit hohen Schicht­dicken, smax = 88 µm, möglich ist. Neben Pro­zessfenstern für die Abscheidung amorpher und kristalliner (Al,Cr)2O3- und Al-Ti-O-Schicht­systeme, konnte ein Pro­zessfenster für die Abscheidung von α-ähnlichem (Al,Cr)2O3 ermittelt werden. Die dabei im Vor­haben erreichte α-ähnliche Struktur des (Al,Cr)2O3-Schichtsystems bei Substrat­tempera­turen von TS = 570 °C sowie einem Aluminiumgehalt von xAl = 70 at.%, stellt für konventionelle PVD-Techno­logien bislang eine große Heraus­forderung dar. Das übergeordnete Ziel des nachfolgenden Forschungsvorhabens BO1979/42-3 ist die tiefer­gehende Erforschung und Anpassung der im Vorhaben BO1979/42-1 mittels HS-PVD erstmals abgeschiedenen α-ähnlichen (Al,Cr)2O3- und Ti-Al-O-Beschichtungen. Im Zuge dessen werden Prozess­fenster zur Abscheidung gering oder nicht Cr- bzw. Ti-modifizierter kristalliner α-(Al,Cr)2O3- bzw. Al2TiO5-Beschich­tungen definiert. Um die Verbundhaftung zu steigern, werden der Einfluss der Schichtdicke und der chemi­schen Zusammensetzung des Interlayers auf die Verbund­haftung systematisch untersucht. Als anwendungsbezogene Systemanalysen werden sowohl isotherme Auslagerungsversuche im Vakuum bzw. an Atmos­phäre als auch Thermozyklustests und Tauchversuche in Stahlschmelzen durchgeführt.

Förderinstitution: Deutsche Forschungsgesellschaft (DFG)
Projektnummer: BO1979/42-3
Laufzeit: 01.06.2021 bis 31.05.2023