4. Statuskolloquium des BMBF Projektes PU2000 IMAUF

„Innovative Methoden zur Auslegung von Umformwerkzeugen

 im Fahrzeugbau“, Universität Stuttgart, Institut für Umformtechnik, 14.04.2010

 

 

Industrielle Prozesse zur reaktiven Abscheidung von
Mehrlagensschichten im System V-C-Al-N mit einstellbarem Reibwert

 

S. Kolozsvari1, P. Pesch1, C. Ziebert2, M. Stüber2, S. Ulrich2

 

1Technologiezentrum für Oberflächentechnik Rheinbreitbach GmbH

 

 2Institut für Materialforschung I, Karlsruher Institut für Technologie

 

Am TZO wurden in einer Beschichtungsanlage von Typ CC800/8 der Firma CemeCon industrielle Beschichtungsprozesse zur Abscheidung von Mehrlagensschichten im System
V-C-Al-N erarbeitet
. Ziel war die Herstellung von 3 Schichten im System V-C-Al-N mit unterschiedlichem Reibwert: hoch (0,6<μ<0,8), mittel (0,4<μ<0,6) und niedrig (μ<0,4). Zunächst wurde mit Hilfe eines V-Targets mit 20 Aluminumstopfen ein Prozess zur Herstellung von superharten nanokristallinen (Kristallitgröße: 4-5 nm) metastabilen VAlN-Schichten mit (111)-Textur und Härtewerten von bis zu 4600 HV0.001 etabliert. Diese Schichten wiesen bei sehr guter Haftung einen Reibwert von 0,6-0,7 auf.

Durch Kombination der gut haftenden VAlN-Lage mit einer nachfolgenden VAlNC-Lage ließ sich ein mittlerer oder niedriger Reibwert realisieren. Bei Verwendung von Kohlenstoff aus der Festphase (Target) ist die VAlNC-Schicht nanokristallin (Kristallitgröße: 4-5 nm) mit einem Reibwert von 0,55. Stammt der Kohlenstoff hingegen aus der Gasphase wird die Schicht amorph mit einem Reibwert von 0.25.

Die Realisierung eines noch geringeren Reibwertes gelang durch Ergänzung des vorher beschriebenen Zweilagensystems um eine Toplage aus VAlNC mit hohem
C-Überschuss, der aus der Gasphase stammt. Mit diesem System wurde ein Reibwert von 0,18 erreicht. Damit gelang es für alle Reibwertbereiche erfolgreich Prozesse zu etablieren.

Anschließend wurden die drei Schichten auf Streifenzieh-Werkzeuge und andere Modellumformwerkzeuge aufgebracht und von den Projektpartnern Institut für Umformtechnik der Universität Stuttgart und ThyssenKrupp Steel Europe AG getestet. Der nächste Schritt besteht in der Beschichtung von Testwerkzeugen der Volkswagen AG und der Daimler AG, die die entwickelten optimierten Schichten im Kleinserieneinsatz testen werden.