Die Nutzung der Gezeiten zur Energiegewinnung ist von großem Interesse. Zur Steigerung der Energieeffizienz bieten offene Wälzlager unter wässriger Schmierung deutliche konstruktive Vorteile, da bis zu 30 % an Reibverlusten durch eine Abdichtung entfallen. Besondere Anforderungen an die mechanisch hochbelasteten Lager stellt das Umgebungsmedium Meerwasser dar, das neben der sehr niedrigen Viskosität stark korrodierend wirkt und die Gefahr eines mikrobiellen Bewuchses zeigt. Aus diesem Grund sollen durch geeignete Beschichtungen offene Lager ohne Kapselung ermöglicht werden. In dieser Arbeit werden als vielversprechende Schichtsysteme amorphe Kohlenstoffschichten (a-C:H) untersucht, welche sowohl die Reibung als auch den Verschleiß im Wälzkontakt senken können. Zu ihrer Herstellung bietet der PVD-Prozess des reaktiven Magnetron-Sputterns eine große Flexibilität auch außerhalb chemischer Gleichgewichtszusammensetzungen. Die Möglichkeit Schichtsysteme mit bioziden Eigenschaften über die Dotierung mit anti-mikrobiellen Legierungselementen auszustatten, erfordert jedoch eine auf das Tribosystem angepasste Schichtentwicklung ohne die tribologischen Eigenschaften nachteilig zu beeinflussen. Die Verbesserung der Tribokorrosionsbeständigkeit ist daher wesentlicher Bestandteil dieser Arbeit. Entlang der gesamten Beschichtungsroute werden die Einflüsse der Substratkonditionierung, der Verfahrensvarianten DC-MS und HiPIMS, ausgewählter Dotierungselemente in den Haftvermittler- und Funktionsschichten sowie verschiedene PVD-Prozessparameter hinsichtlich der erreichbaren tribokorrosiven Eigenschaften untersucht.
Aktualisiert: 2023-02-14
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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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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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The innovative hot stamping process press hardening offers the potential to produce high-strength and complex structural components for the automotive industry. However, the combination of mechanical and thermal loads in press hardening process places high demands on the tool surface. In addition to the metal forming the cutting processes are also of great importance in the production of structural and functional components. The most rapidly fast growing material group in this sector are the difficult to machine materials such as titanium alloys and hard steels. Unfavorable factors in the processing of these materials are their high strength, their low thermal conductivity and their tendency to work hardening. Nowadays, wear resistant coatings deposited via physical vapour deposition (PVD) and chemical vapour deposition (CVD) have been used in order to extend the lifetime of cutting and forming tools. But the progressive use of difficult to machine materials places high demands on the coatings.
The present work deals with the synthesis and characterization of PVD hard coatings for high temperature tool applications. The focus is on the development of chrome based coatings using the novel high power pulsed magnetron sputtering (HPPMS) technology. For this reason, a (Cr,Al)N hard matrix is modified with different alloying elements that form so-called Magnéli phases. Afterwards, the high temperature behaviour of the coatings is investigated by annealing test in atmosphere. The investigation of the tribological behaviour is carried out using a high temperature tribometer. Finally, coated tools are tested in press hardening and turning experiments in order to evaluate their performance and feasibility for hot forming and cutting applications.
Aktualisiert: 2019-12-12
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