Wolframdotierte wasserstoffhaltige amorphe Kohlenstoffschichten (a-C:H:W) für die schmierstofffreie inkrementelle Kaltmassivumformung
Henning Hasselbruch
Die Umstellung auf eine schmierstofffreie Prozessführung in der Umformtechnik bietet große wirtschaftliche und ökologische Vorteile. Die notwendige Substitution primärer Schmierstofffunktionen lässt sich durch einen interdisziplinären Entwicklungsansatz erreichen, setzt aber ein tiefes Verständnis über die veränderten Betriebsbedingungen voraus. Das lokale Einbringen mehrskaliger Werkzeugstrukturen entlang der Umformzone senkt erforderliche Prozesskräfte und verbessert die erreichbare Werkstückqualität. Im Festkörperkontakt unterliegen diese Funktionselemente hohen thermo-mechanischen Belastungen und erfordern daher weitere Verschleißschutzmaßnahmen. Zur Aufrechterhaltung und Steigerung ihrer tribologischen Wirksamkeit stellen wasserstoffhaltige amorphe Kohlenstoffschichten (a-C:H) einen vielversprechenden Ansatz dar, da sie die Reibung und Kaltverschweißungen signifikant reduzieren. Im Rahmen dieser Arbeit werden a C:H-Schichten über das reaktive Magnetron-Sputter-Verfahren für den Einsatz auf makro- und mikrostrukturierten Werkzeugfunktionsflächen am Beispiel des Vorschubrundknetverfahrens entwickelt. Eine besondere Herausforderung besteht dabei im stoßenden Charakter, worauf a-C:H-Schichten im Allgemeinen kritisch reagieren. Zur Erhöhung der Beständigkeit gegen Stoßverschleiß wird die amorphe Kohlenstoffmatrix in der Zwischenschicht mit Wolfram dotiert (a-C:H:W). Für die Anpassung dieser mehrlagigen Schichtsysteme an die speziellen tribologischen Anforderungen wird ein 2-stufiger systematischer Entwicklungsansatz, basierend auf der Methode der statistischen Versuchsplanung, gewählt. Dieser Ansatz erlaubt die Vorhersage der chemischen, mechanischen und tribologischen Eigenschaften dieser Schichtsysteme in Abhängigkeit verschiedener PVD-Prozessparameter.
