16. Aachener Oberflächentechnik Kolloquium
Aktualisiert: 2023-04-06
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16. Aachener Oberflächentechnik Kolloquium
Schlüsselwort: PVD
Elektrisch leitfähige Targetwerkstoffe zur PVD-Abscheidung von Hartstoffschichten für Zerspanungswerkzeuge in HiPIMS-Anlagen
In dieser Arbeit wurden elektrisch leitfähigen Keramiken als Targetwerkstoff für den Einsatz als hitzebeständiger Verschleißschutz in der Zerspanung erforscht. Dabei ist es gelungen, mittels HiPIMPS-Verfahren elektrisch leitfähige Keramiken als Targetwerkstoff mittels Titannitrid-Dotierung von Zirkonoxid-verstärkten Aluminiumoxiden (ZTA) herzustellen und als Schichtwerkstoff gezielt abzuscheiden. Die Voraussetzungen für die Herstellung dieser keramischen Targets über die gesamte Fertigungsprozeßkette konnten ermittelt werden, um eine erfolgreiche technische und wirtschaftliche Umsetzung zu ermöglichen. Ferner wird aufgezeigt, welche Prozessparameter im HiPIMS-Prozess entscheidend für eine hohe Schichtgüte auf dem Schneidwerkzeug sind.
Aktualisiert: 2022-10-06
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Einflüsse auf die Oberflächenqualität von Organoblechbauteilen im Thermoformprozess
Die Organoblech-Technologie zeichnet sich durch ein hohes Leichtbaupotenzial und vor allem effiziente Verarbeitungsverfahren aus. Während der Umformung auftretende Oberflächendefekte an den Bauteilen führen allerdings zu einer Einschränkung der möglichen Einsatzgebiete. Um diese Fehlstellen zu vermeiden, ist eine komplizierte Temperaturführung während des Thermoformprozesses notwendig, wobei eine Anpassung der Halbzeug- sowie Werkzeugtemperatur in den meisten Fällen nicht möglich ist. Um die für die Oberflächenfehler verantwortliche Auskühlung des Organoblechs zu reduzieren, können wärmedämmende Werkzeugbeschichtungen eingesetzt werden. Diese sollen den Temperaturverlust während des Thermoformens verhindern und somit zu einer Steigerung der Oberflächenqualität führen. Der vorliegende Beitrag untersucht in diesem Zusammenhang am Beispiel eines Umformprozesses den Einfluss der Prozessparameter sowie ausgewählter Werkzeugbeschichtungen auf die Oberflächenqualität der Organoblech-Bauteile.
Aktualisiert: 2022-02-07
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15. Aachener Oberflächentechnik Kolloquium 2021
Das jährlich stattfindende Aachener Oberflächentechnik Kolloquium bietet den Experten aus den Bereichen der Werkstoffkunde, der Prozess- und der Verfahrenstechnik die Gelegenheit, aktuelle Themen und Fragestellungen rund um die Oberflächentechnik zu diskutieren.
Aktualisiert: 2022-05-05
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Lokale Diamantsynthese durch einen laserbasierten atmosphärischen CVD-PVD-Prozess
In den Bereichen der Mechanik, Optik und Elektronik können eine Vielzahl an Werk-stoffen durch Diamantschichten ersetzt oder verbessert werden, um höhere Standzeiten der Bauteile zu erreichen. Besonders im Bereich der Mechanik ist es von beachtenswer-tem Vorteil diese Diamantschichten ohne Prozesskammer aufwachsen zu lassen. Um diesem Umstand Rechnung zu tragen, wurde mit dieser Arbeit das Ziel verfolgt unab-hängig von einer Prozesskammer angepasste Diamantschichten herstellen zu können. Dazu wurden zwei auf dem CVD- und PVD-Prinzip beruhende Verfahren entwickelt und zu einem Prozess zusammengeführt. Hierfür wurde die hohe Leistungsdichte eines laserbasierten Plasma-Jets genutzt, um Werkstoffe zu verdampfen und gleichzeitig die Prozessparameter für das chemische Wachstum von Diamant zu gewährleisten. Durch die Analyse und Modellierung der ablaufenden physikalischen Prozesse konnte eine hohe Reproduzierbarkeit der Diamantschichten erreicht werden, wie es bisher mit laserbasierten Prozessen nicht möglich war. Insbesondere die Anwendung optischer und elektrischer Charakterisierungsverfahren ermöglichte im Weiteren das Aufstellen eines analytischen Modells, durch welches die Anwendbarkeit dieses Verfahrens beschrieben werden kann.
Aktualisiert: 2018-11-20
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Potenzial der High-Speed Physical Vapour Deposition Technologie zur Abscheidung oxidischer Werkzeugbeschichtungen
Mit der Verwendung und Verarbeitung neuer Werkstoffe gehen erhöhte Anforderungen an die Werkzeuge einher, mit denen z.B. Titanlegierungen, hochfeste und hochtemperaturbeständige Legierungen oder auch faserverstärkte Werkstoffe in Zerspan-, Ur- und Umformprozessen ver-arbeitet werden. Zerspan- und Formgebungswerkzeuge sind bei der Verarbeitung entsprechender Werkstoffe komplexen Beanspruchungskollektiven ausgesetzt, bei denen eine Überlagerung mechanischer, chemischer und thermischer Beanspruchungen erfolgt. Konventionelle Werkzeugwerkstoffe halten diesen nur bedingt stand, weshalb sich die Abscheidung weniger Mikrometer dünner Beschichtungen auf Werkzeugen industriell etabliert hat. Aufgrund seiner exzellenten Hochtemperatureigenschaften und Warmhärte stellt α-Al₂O₃ einen vielversprechenden Schichtwerkstoff dar, um die Standzeit von Fertigungswerkzeugen unter extremen Beanspruchungen weiter zu steigern. Die industrielle Herstellung erfolgt jedoch konventionell mittels Chemical Vapour Deposition (CVD) bei Temperaturen T ≥ 800 °C, was die Auswahl von Substratwerkstoffen erheblich einschränkt. Aufgrund technologischer und werkstoffspezifischer Eigenschaften, stellt der kombinierte Einsatz der High-Speed Physical Vapour Deposition (HS-PVD)-Technologie und die Abscheidung von (Al,Cr)₂O₃-Beschichtungen bei moderaten Temperaturen eine vielversprechende Alternative zu α-Al₂O₃-CVD-Schichten dar.
Vor diesem Hintergrund wird in dieser Dissertation die HS-PVD-Technologie zur Synthese dicker (Al,Cr)₂O₃-Beschichtungen bei moderaten Temperaturen erforscht. Dabei wird sowohl ein werkstoffseitiger als auch ein prozessseitiger Schwerpunkt gesetzt. Werkstoffseitig werden mittels systematischer Variation der Prozessparameter Substrattemperatur, O₂-Reaktivgasfluss und Bias-Spannung grundlegende Zusammenhänge zwischen (Al,Cr)₂O₃-Phasenbildung bzw. Schichtdicke und den untersuchten Parametern deutlich. Die gewonnenen Erkenntnisse dienen dazu Prozessfenstern zur gezielten Abscheidung von amorphen und teilkristallinen (Al,Cr)₂O₃-Beschichtungen bei moderaten Temperaturen zu definieren. Die umfassende Untersuchung des Eigenschaftsprofils entsprechend synthetisierter (Al,Cr)₂O₃-Beschichtungen ist ebenfalls Gegenstand dieser Dissertation. Anhand der individuellen Eigenschaftsprofile der Beschichtungen werden potenzielle Einsatzgebiete der entwickelten (Al,Cr)₂O₃-Beschichtungen benannt und weiterer Forschungsbedarf abgeleitet. Prozessseitig wird deutlich, dass der HS-PVD-Prozess die Abscheidung dicker oxidischer Beschichtungen sowie die Beschichtung von innenliegenden Flächen von Bauteilen ermöglicht.
Aktualisiert: 2021-06-10
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Wechselwirkungen zwischen gradierten diamantähnlichen Kohlenstoffschichten und additivierten Schmierstoffen
Um die steigenden Anforderungen in der Automobilbranche durch politische Vorgaben und das wachsende öffentliche Bewusstsein zur CO2-Reduktion erfüllen zu können, ist die Anwendung neuer technologischer Ansätze zunehmend erforderlich. Der Einsatz von diamantähnlichen Kohlenstoffbeschichtungen (engl. Diamond-like Carbon, DLC) im Antriebsstrang bietet aufgrund ihrer reibungs- und verschleißreduzierenden Wirkung in tribologischen Systemen das Potential die aktuellen und zukünftigen Anforderungen zu erfüllen. Heutige Schmierstoffe und Additive wurden für Stahl/Stahl-Kontakte ausgelegt. Aufgrund der zunehmenden Verwendung von DLC-Beschichtungen auf Bauteilen tribologischer Systeme, wie beispielsweise Tassenstößeln, Kolbenbolzen, Kolbenringen und Einspritzdüsen, ist ein Verständnis bezüglich der physikalisch-chemischen Wechselwirkungen zwischen Schmierstoffen, Additiven und DLC-Beschichtungen ein Forschungsbereich von zunehmender Bedeutung.
Das übergeordnete Ziel dieser Arbeit ist die Erforschung von physikalisch-chemischen Wechselwirkungen zwischen DLC-Beschichtungen und industriell relevanten additivierten Schmierstoffen im tribologischen DLC/DLC-Kontakt unter Grenz- und Mischreibungsbedingungen. Durch die Wechselwirkungen entstehen Triboschichten, welche einen Einfluss auf das Reibungs- und Verschleißverhalten im tribologischen Kontakt haben. Auf Basis der wasserstoff- und metallhaltigen diamantähnlichen Kohlenstoffbeschichtungen a-C:H:Zr (ZrCg) und a-C:H:Ti (TiCg) werden diskrete Schichtvarianten der beiden Schichtsysteme mittels Magnetron Sputtering abgeschieden. Die Grundcharakterisierung ermöglicht einen Vergleich und die Analyse des Einflusses unterschiedlicher Metalle sowie Wasserstoffgehalte der DLC-Beschichtungen auf die physikalisch-chemischen Wechselwirkungen. Zusätzlich werden die Eigenschaften der ausgewählten Schmierstoffe untersucht. Für die tribologische Analyse werden die Parameter aus der Leitanwendung, dem Zahnradkontakt, abgeleitet. Nachfolgend werden die Strukturen, chemischen Zusammensetzungen der Triboschichten sowie deren Scherverhalten mittels Nanoscratch auf der ZrCg- und TiCg-Beschichtung bestimmt. Abschließend erfolgen die Korrelationen der Erkenntnisse bezüglich der DLC-Beschichtungen, den Schmierstoffen und Triboschichten mit den Systemgrößen Reibung und Verschleiß. Anhand der Ergebnisse konnte nachgewiesen werden, warum sich die Wechselwirkung zwischen ZrCg und dem Additiv Zinkdialkyldithiophosphat (ZnDTP) negativ auf das Reibungs- und Verschleißverhalten im tribologischen Kontakt auswirken.
Aktualisiert: 2021-04-29
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Entwicklung triboaktiver (Cr,Al,X)N-Beschichtungen für den Einsatz auf Maschinenelementen
Zunehmendes gesellschaftliches und politisches Umweltbewusstsein führen zur Forderung nach reduzierter Emission klimaschädlicher Gase. Hiervon sind maßgeblich die Energiegewinnung aus fossilen Brennstoffen und die konventionelle, auf Verbrennungskraftmaschinen basierende, Mobilität betroffen. Um diesen gesteigerten Anforderungen zu begegnen, sind umfangreiche Entwicklungen im Bereich der Werkstoff- und Schmierstofftechnik erforderlich. Ein zunehmend an Bedeutung gewinnender Ansatz liegt in der kombinierten Entwicklung von tribologischen Beschichtungen und Schmierstoffen, um zukünftig weitere Reibungs- und Verschleißreduktionen zu erzielen. Beschichtungsseitig stellt hierbei insbesondere die Zugabe triboaktiver Elemente, wie Mo und W, in tribologische Beschichtungen einen wichtigen Lösungsansatz dar.
Basierend auf dem Schichtsystem (Cr,Al)N werden in dieser Arbeit triboaktive (Cr,Al,X)N-Beschichtungen (X = Mo, W) für den Einsatz auf Maschinenelementen mit den Verfahren der Physical Vapour Deposition (PVD) entwickelt. Das Ziel der Arbeit besteht darin, zu untersuchen, inwieweit durch die Zugabe der triboaktiven Elemente Mo und W in die nitridische Hartstoffbeschichtung (Cr,Al)N tribochemische Wechselwirkungen mit schwefelhaltigen Schmierstoffen auftreten können. Die Schichtentwicklung erfolgt mittels dcMS/HPPMS-Hybridverfahren und mittels Arc-Verfahren. Für beide Beschichtungstechnologien werden Anlagen im Industriemaßstab eingesetzt. Es kann gezeigt werden, dass die triboaktiven Beschichtungen (Cr,Al,Mo)N und (Cr,Al,W)N ein hohes Potential für zukünftige tribologische Anwendungen aufweisen.
Aktualisiert: 2020-11-26
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Schichtentwicklung zum Oxidationsschutz von Titanaluminiden mittels HS-PVD
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Entwicklung von Schutzschichten gegen Hochtemperaturoxidation für γ-TiAl-Legierungen mittels High Speed Physical Vapour Deposition (HS-PVD). Diese PVD-Verfahrensvariante zeichnet sich durch hohe Abscheideraten, dichtes Plasma und stabile Prozessführung beim reaktiven Sputtern aus, die die Herstellung von oxidationsbeständigen PVD-Beschichtungen besonders attraktiv machen. Im ersten Teil der Arbeit wird die Prozessentwicklung, die die Grundlagen für die nachfolgende Schichtentwicklung bildet, vorgestellt. Hierzu werden Referenzbeschichtungen mit systematisch variierenden Parameterkombinationen hergestellt und charakterisiert, um ein auf die zu entwickelnden Schichtsysteme abgestimmtes Prozessfenster zu ermitteln. Im zweiten Teil der Arbeit werden neuartige Schichtsysteme mittels HS-PVD entwickelt und untersucht. Insgesamt werden vier Schichtsysteme basierend auf (Cr,Al)ON, CrAl, SiAl und SiAlY entwickelt und hinsichtlich der Eignung zum Oxidationsschutz von γ-TiAl-Legierungen bewertet. Die Oxidationsbeständigkeit und das Interdiffusionsverhalten der beschichteten Proben werden mittels isothermer bzw. thermozyklischer Auslagerungsversuche bei einer anwendungsrelevanten Temperatur T = 950 °C untersucht. Abschließend wird ein neuartiger in situ-Wärmebehandlungsprozess bestehend aus Vakuumglühung und Voroxidation in der Beschichtungskammer vorgestellt. Die Ergebnisse zeigen, dass die mittels HS-PVD hergestellten Beschichtungen in Verbindung mit der in situ-Wärmebehandlung eine vielversprechende Lösung für den Hochtemperaturoxidationsschutz von γ-TiAl-Legierungen darstellen.
Aktualisiert: 2021-04-01
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Entwicklung hybrider PVD-Prozesse zur Abscheidung nanostrukturierter, oxinitridischer Hartstoffschichten
Die verarbeitenden Komponenten der Kunststoffextrusion sind einem komplexen Beanspruchungskollektiv ausgesetzt, das zu Schäden und einer verringerten Produktivität führt. Das Ziel dieser Arbeit ist daher die Auslegung neuer Hartstoffschichten mittels Physical Vapour Deposition (PVD), zum Schutz der Komponenten vor adhäsivem Verschleiß und Korrosion. Um den mechanischen Beanspruchungen zu widerstehen, soll die Beschichtung zusätzlich vor abrasivem Verschleiß schützen, also eine hohe Festigkeit und Bruchzähigkeit aufweisen. Die Wirtschaftlichkeit der Schichtherstellung soll gleichzeitig durch möglichst hohe Schichtwachstumsraten verbessert werden. Die teilweise gegensätzlichen prozessseitigen und werkstoffseitigen Anforderungen können durch die Auslegung des Beschichtungsprozesses, des Werkstoffsystems und der Schichtarchitektur erfüllt werden. Um die hohen Schichtwachstumsraten des direct current Magnetron Sputtering (dcMS) mit den überlegenen Schichteigenschaften des High Power Pulsed Magnetron Sputtering (HPPMS) zu vereinen, wird für die Schichtherstellung der neue hybride dcMS/HPPMS-Prozess verwendet. Die Auslegung der Beschichtungen erfolgt im Werkstoffsystem Cr-Al-O-N. Als Architektur der Hartstoffschicht ist ein mehrlagiger Aufbau vorteilhaft, bei dem jeder Einzellage bestimmte Funktionen zugeordnet werden. Sie besteht aus einem duktilen, metallischen und nitridischen (Cr + CrN)-Haftvermittler zum Stahl, einem hochfesten und zähen CrN/AlN-Nanolaminat als tragender Zwischenschicht und einer dünnen (Cr,Al)ON-Decklage. Abschließend erfolgt die Synthese der vielversprechendsten Einzellagen zu einem mehrlagigen Schichtsystem, das innerhalb eines einzigen Beschichtungsprozesses durch Variation der Parameter generiert wird.
Aktualisiert: 2020-07-13
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Korrelation von Plasma- und Schichteigenschaften bei der reaktiven Plasmasynthese von Hartstoffschichten
Die Entwicklung industrieller PVD-Prozesse zur Herstellung von Beschichtungen für Werkzeuge und Bauteile ist üblicherweise äußerst komplex. Speziell bei der Verwendung von Hochleistungsplasmen ergibt sich aus der Vielzahl an einstellbaren Prozessparametern eine große Anzahl an Freiheitsgraden für die Prozessgestaltung und Schichtentwicklung. Die Plasmadiagnostik ist ein geeigneter Ansatz, um eine effizientere und ökonomischere Entwicklung industrieller Beschichtungsprozesse zu realisieren. Hieraus kann eine deterministische Beschreibung der Einflüsse der Prozessparameter auf die Plasmaeigenschaften erarbeitet mit den Resultaten von ausgewählten Beschichtungsprozessen korreliert werden. Es existieren bereits vielfältige Erkenntnisse, die sich jedoch meist auf den Labormaßstab oder einfache Beschichtungen beschränken und sich nur schwer auf industrielle Prozesse oder komplexe Schichtsysteme übertragen.
Zur Lösung dieser Probleme werden in dieser Arbeit Erkenntnisse zu deterministischen Zusammenhängen zwischen Plasma- und Schichteigenschaften in industriellen Beschichtungsprozessen vorgestellt. Zu diesem Zweck werden Methoden zur Plasmadiagnostik in PVD-Prozessen im industriellen Maßstab entwickelt. Dabei stehen eine Durchführung von substratseitiger Plasmadiagnostik unter Verwendung der Biasspannung sowie die Möglichkeit zur ortsaufgelösten Analyse von Prozessen mit mehreren Kathoden im Fokus. Bei der Korrelation von Plasma- und Schichteigenschaften erfolgen die Arbeiten für einfache und komplexe Geometrien. Abschließend das Potential von künstlichen neuronalen Netzwerken zur Analyse der stark nichtlinearen Zusammenhänge zwischen den Plasma- und Schichteigenschaften für mehrere variierende Prozessparameter evaluiert.
Aktualisiert: 2020-01-15
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Entwicklung einer osseointegrativen Oberfläche für Kunststoffimplantate
Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Klärung der wissenschaftlichen und technischen Fragestellungen für eine Steigerung der Osseointegrationsfähigkeit von Kunststoffimplantatoberflächen mittels des PVD-Sputter-Verfahrens. Für die Erzeugung eines Verbunds aus Polyetheretherketon (PEEK) und eines auf titanbasierten Schichtsystems werden die biologische Verträglichkeit (Zytotoxizität), die mechanische Belastbarkeit des Verbunds sowie die Lagerungsfähigkeit untersucht und optimiert, um die Vorteile der Werkstoffe zu nutzen und zugleich deren Nachteile zu eliminieren. Die Entwicklung orientiert sich dabei an den Anforderungen eines Cage-Implantats und einer möglichen Überführung in die industrielle Produktion durch die Verwendung einer industriellen Beschichtungsanlage. Durch die Ausnutzung der verfahrensbedingten Möglichkeiten des PVD-Sputterns wird eine, vom pH-Wert schaltbare, osteoinduktive sowie antibakterielle Zink-Ionenfreisetzung in den Verbund integriert.
Aktualisiert: 2020-01-28
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Abstimmung der Präparationsprozesse in der Herstellungskette von PVD-beschichteten Vollhartmetall-Wendelbohrern
Schneidkantenpräparation und Schichtnachbehandlung sind zentrale Technologien zur Steigerung der Leistungsfähigkeit von Zerspanungswerkzeugen. Im Rahmen dieser Arbeit wird eine auf dem Nassstrahlspanen basierende Präparationsstrategie für PVD-beschichtete Vollhartmetall-Wendelbohrer erarbeitet. Der Fokus der Schneidkantenpräparation liegt diesbezüglich auf der Abstimmung der Schneidkantengestalt auf die im Prozess auftretende Belastungssituation. Durch die Schichtnachbehandlung wird eine für die Zerspanung geeignete Oberflächentopographie am Werkzeug eingestellt. Die Betrachtung der Wechselwirkungen beider Prozessschritte ermöglicht es, die Präparationsprozesse aufeinander abzustimmen.
Aktualisiert: 2022-12-01
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Diffusionsfügeprozesse zur Herstellung von Aluminium-Stahl-Hybridstrukturen unter Verwendung der PVD-Beschichtung
Im Bereich des Leichtbaus werden zunehmend Komponenten in Mischbauweise hergestellt, bei der die spezifischen Vorteile der jeweiligen Werkstoffgruppe ausgenutzt werden. Dabei stellen Stahl und Aluminiumlegierungen die am häufigsten verwendeten Konstruktionswerkstoffe dar, deren kombinierter Einsatz als Werkstoffhybrid durch die ausgeprägte Sprödphasenbildung beim thermischen Fügen stark begrenzt ist. In diesem Zusammenhang wurde im Rahmen dieser Forschungsarbeit erstmalig ein Konzept auf der Grundlage des Diffusionslötens unter Verwendung der PVD-Beschichtung erarbeitet, mittels dem prozesssicher eisenalumidfreie Aluminium-Stahl-Verbindungen hergestellt werden können.
Aktualisiert: 2020-11-03
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Oxidische und sulfidische HPPMS-Beschichtungen für den Einsatz in der Zerspan- und Umformtechnik
Al2O3 plays an important role in the machining industry due to its high hot hardness and chemical stability. Physical vapor deposition (PVD)-Al2O3 coatings by means of medium frequency Magnetron Sputtering (mfMS) have already proven their capabilities in the machining of hard-to-machine materials. High power pulsed magnetron sputtering (HPPMS) technology could offer an improvement of the coating morphology and properties due to high ionization of the sputtered material. In this connection, deposition of the Al2O3 by means of HPPMS is not fundamentally researched so far. It is still unclear which phases could be deposited and how the process parameters affect the phase formation. The first objective of this work is to transfer the knowledge about the deposition of HPPMS-Al2O3 coatings and their application to the industrial level, to create new areas for promising coating systems and thus to contribute to the development of machining technology of the h
ard-to-machine materials.
PVD coatings took over the tasks of lubricants in numerous applications in the recent years. However, most attempts to realize dry metal cold forging of steel failed so far. The combination of (Cr,Al)N and MoS2 coating by means of HPPMS for outstanding tribological properties combined with excellent mechanical properties is a promising candidate in order to replace lubricants on highly loaded tools in dry cold forging. HPPMS technology offers outstanding advantages in terms of high hardness and dense morphology. The second objective of the present work is the development of innovative self-lubricating HPPMS coatings for the application in cold-forging of steel. The focus is on the combination of MoS2 coatings with (Cr,Al)N).
Aktualisiert: 2021-12-20
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Tribologisches Verhalten und Tragfähigkeit PVD-beschichteter Getriebe-Zahnflanken
Die stetige Erhöhung der Leistungsdichte von Zahnradgetrieben erfordert innovative Konzepte zur Steigerung der Verzahnungstragfähigkeit. PVD-Beschichtung von Zahnflankenkontakten kann eine Konstellation herbeiführen, die eine hohe Belastbarkeit des Substratwerkstoffes mit optimalen Verschleißeigenschaften der Oberfläche kombiniert und somit eine funktionsgerechte Anpassung der Bauteileigenschaften unter Wälzbeanspruchung ermöglicht. Die vorliegende Arbeit zeigt durch systematische, praktische und theoretische Untersuchungen die Wechselwirkungen zwischen den tribologischen Einflussgrößen Grundkörper, Schmierstoff und Oberfläche eines PVD-beschichteten Zahnflankenkontaktes auf. Im weiteren Schritt werden diese Wechselwirkungen auf das Tragfähigkeits- und Verschleißverhalten
hochbelasteter Zahnflanken reflektiert.
So beispielsweise zeigt sich bei Betrachtung der PVD-beschichteten Grundkörper unter Wälzbeanspruchung,
dass sowohl der Verschleiß als auch die Oberflächenermüdung durch die PVD-Beschichtung der kontaktierenden Zahnflanken signifikant reduziert werden kann. Hierbei muss jedoch der Einfluss des PVD-Beschichtungsprozesses auf die Werkstoffeigenschaften einsatzgehärteter Substrate beachtet werden. Die Substratrauheit beeinflusst das Verschleißverhalten der PVD-Beschichtung unter Wälzbeanspruchung ebenfalls. Die hohe Duktilität der amorphen, metallhaltigen Kohlenwasserstoff-Schichtsysteme (a-C:H:Me), die als Basissysteme in der vorliegenden Arbeit dienen, wirkt sich hier positiv aus. Die Untersuchungen zur
Wechselwirkung PVD-beschichteten Oberflächen mit dem Getriebeschmierstoff zeigen, dass
PVD-Beschichtungen sowohl das Temperatur- als auch das Schmierfilmbildungsverhalten im
Wälzkontakt positiv beeinflussen können. Ebenfalls die Rolle der Schmierstoffadditive zum
Schutz der Zahnflanken vor Verschleiß wird bei PVD-beschichteten Oberflächen hinterfragt.
Abschließend wird am praktischen Beispiel einer Automobil-Serienverzahnung die Leistungsfähigkeit
PVD-beschichteter Zahnflankenkontakte eindrucksvoll demonstriert. Gleichzeitig wird die verfahrensspezifische Schichtdickenverteilung über die Zahnflankenhöhe am Beispiel einer Industrieverzahnung diskutiert und Verbesserungspotential abgeleitet.
Aktualisiert: 2021-07-10
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Tribo-mechanische Eigenschaften und Eigenspannungen titanbasierter Metall-/Keramik-Schichten
Dieses Buch befasst sich mit der phänomenologischen Untersuchung mehrlagiger Ti/TiAlN-Schichten hinsichtlich ihrer tribo-mechanischen Eigenschaften, Eigenspannungen sowie ihres Ermüdungsverhaltens. Unter Berücksichtigung des kompletten Herstellungsprozesses finden neben Substratvorbehandlungen sowohl unterschiedliche Schichtdesigns als auch verschiedene Schichtnachbehandlungen Anwendung. Auf Basis dieser Untersuchungsergebnisse werden abschließend Handlungsempfehlungen zur Verwendung der Schichtsysteme im Bereich des Verschleißschutzes gegeben.
Aktualisiert: 2019-11-19
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Tribologische Untersuchungen von verschleiß- und reibungsarmen nanostrukturierten bionischen PVD-Beschichtungen
Heutzutage werden bei industriellen Anwendungen chrombasierte ternäre Schichtsysteme wegen ihres sehr guten tribologischen Verhaltens bevorzugt eingesetzt. Zur Verbesserung von Umformprozessen wurden mono- und multilagige ternäre Schichtsysteme (PVD) mit bionischen Oberflächenstrukturen kombiniert und analysiert. Zahlreiche Versuche an Proben im Labormaßstab wurden durchgeführt, um die beste Struktur-Schicht-Kombination zu ermitteln. Schließlich konnte durch die Anwendung dieser optimierten bionischen Dünnschicht der Prozess der inkrementellen Umformung verbessert werden.
Aktualisiert: 2019-11-19
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Verschleißmechanismen oberflächen- und randschichtmodifizierter Gesenkschmiedewerkzeuge
Zur Reduktion der bei Schmiedegesenken auftretenden Verschleißerscheinungen, werden neben den industriell etablierten Nitrierbehandlungen vermehrt Beschichtungsbehandlungen auf Basis der chemischen und physikalischen Gasphasenabscheidung eingesetzt.
Im Rahmen dieser Arbeit wurden die Auswirkungen von Nitrier- und Beschichtungsbehandlungen auf Verschleißmechanismen von Schmiedegesenken untersucht. Dazu wurden, unter zusätzlicher Berücksichtigung der Einflüsse unterschiedlicher Fertigungsverfahren auf die Randschichteigenschaften von Schmiedewerkzeugen, Testgesenke für Serienschmiedeversuche behandelt und unter Laborbedingungen in einem Serienschmiedeprozess eingesetzt. Die resultierenden Verschleißmechanismen wurden in Abhängigkeit der Werkzeugbehandlungen und der Anzahl geschmiedeter Bauteile analysiert.
Die Praxisrelevanz der erzielten Ergebnisse wurde im Rahmen eines produktionsbegleitenden Industrieversuches ermittelt. So ist es durch eine lokal variable, belastungsorientierte Behandlung von Industriegesenken gelungen, den Verschleiß deutlich zu reduzieren.
Aktualisiert: 2019-11-07
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