PVD-Technologie (Bauteile)

 

Laufende Projekte

 

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. Poster Sensorschicht CoE IoP B1 Poster Aktor-Schicht CoE IoP B1

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

 

Fluidfrei geschmierte Stirnradverzahnung – Konturangepasste Schichtgestaltung und tribologische Bewertung der Leistungsgrenzen

Kurzbeschreibung:

Das übergeordnete Ziel dieses gemeinschaftlichen Forschungsvorhabens der Forschungsstelle für Zahnräder und Getriebebau (FZG, TU München) und des Instituts für Oberflächentechnik (IOT, RWTH Aachen University) im Rahmen des DFG-Schwerpunktprogramms 2074 „Fluidfreie Schmiersysteme mit hoher mechanischer Belastung“ ist die Gestaltung einer fluidfrei geschmierten Stirnradverzahnung, die den hohen mechanischen Belastungen zuverlässig standhält. Im Fokus der zweiten Förderperiode des SPP 2074 steht der Übertrag der in der ersten Phase gewonnen Erkenntnisse beispielsweise der Einfluss der Schichtarchitektur auf das tribologisches Verhalten auf Zahnradkontakte. Betrachtet werden hierbei vor allem die Schichtsysteme (Cr,Al)N+Mo:S sowie (Cr,Al)N+Mo:W:S. Zunächst werden die Beschichtungsprozesse derart eingestellt, dass die im Kontakt am höchsten belasteten Punkt eine ausreichende Schichtdicke aufweisen. Im Weiteren wird geprüft, inwieweit sich die gewonnenen Erkenntnisse der Bereitstellungsmechanismen der Festschmierstoffe an der Transferschichtbildung vom Modellprüfstand auf Zahnradkontakte übertragen lassen. In enger Zusammenarbeit mir der FZG werden Analysen gelaufener Verzahnungen durchgeführt um Rückschlüsse auf Schadensursachen ziehen zu können. Abschließend erfolgt eine Bewertung des Reibungsverhalten und der Leistungsgrenzen um Richtlinien zur Auslegungsberechnung fluidfreier beschichteter Stirnradverzahnungen geben zu können.

Förderinstitution:	Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
Projektnummer:	BO 1979/66-2
Laufzeit:	01.07.2022 bis 30.06.2025

 

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. Poster CHEPHREN

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

 

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, s_max = 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 T_S = 570 °C sowie einem Aluminiumgehalt von x_Al = 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. Poster BO 1979/42-3

Förderinstitution:	Deutsche Forschungsgesellschaft (DFG)
Projektnummer:	BO1979/42-3
Laufzeit:	01.06.2021 bis 30.11.2023