Abschlusspräsentation des BMBF Projektes
PU2000 IMAUF
Schichtentwicklung
und Aufskalierung zur Realisierung einer lokalen Reibwertverteilung für
Umformwerkzeuge
C.
Ziebert1, M. Stüber1, S. Ulrich1, S. Kolozsvàri2, P.
Pesch2, S. Woestmann3
1Institut für Materialforschung I, Karlsruher Institut für
Technologie
2Technologiezentrum für Oberflächentechnik Rheinbreitbach
GmbH
3 ThyssenKrupp Steel Europe AG, V/E 74 Umformprozesse,
Eberhardstraße 12,
44145 Dortmund
Ziel des
Verbundvorhabens IMAUF war es, die grundlegenden Innovationen aus den F+E-Arbeiten der Bereiche Blechumformung, rechnergestützte
Simulationsmethoden, Plasmabe-schichtungstechnik und
Oberflächenmodifizierung zusammenzuführen, in den produzierenden Unternehmen
der Automobilindustrie zu erproben, im Erfolgsfall umzusetzen und in
Qualifizierungsmaßnahmen überzuführen.
Von
den Partnern im Teilprojekt 3 “Oberflächenfunktionalisierung:
Schichtentwicklung, Aufskalierung und Optimierung“
IMF I, des Technologiezentrums für Oberflächentechnik Rheinbreitbach GmbH (TZO)
und der ThyssenKrupp Steel Europe AG (TKSE) sollten erstmals
nicht nur Beschichtungen mit konstanten, sondern Beschichtungen mit
ortsabhängig einstellbaren Reibwerten entwickelt werden, die sich an den von
den Industriepartnern gelieferten Vorgaben des Umformprozesses orientieren und
ihn so durch Steuerung des Blechflusses optimieren.
Die
Auswahl geeigneter Beschichtungsmaterialien im System V-C-Al-N erfolgte am IMF
I im Labormaßstab durch die Methode der kombinatorischen Materialentwicklung
(segmentiertes Target aus je einer Hälfte VC und AlN,
6 Hartmetallsubstrate in einer Linie gegenüber dem Target angeordnet, CH4-Gasvariation)
Mit dieser Methode konnten in einem einzelnen Experiment 6 Schichten mit
unterschiedlichem chemischen Aufbau von VC-reich auf
Position 1 bis AlN-reich auf Position 6 und/oder
Mikrostruktur hergestellt werden. Durch Untersuchung dieser Schichten konnte
gezeigt werden, dass es durch den kombinatorischen Ansatz gelingt, die
mechanischen und tribologischen Eigenschaften auf einem sehr großen
Wertebereich zu variieren. Als besonders interessant erwiesen sich Schichten,
die bei 2% CH4-Anteil abgeschieden wurden, da sie einen
kontinuierlichen Übergang von geringen Reibzahlen bei den Positionen 1, 2 und 3
(m
» 0.15) zu hohen Reibzahlen bei den Positionen
4, 5 und 6 (m
» 0,35-0,45) aufwiesen.
Des
Weiteren wurde erfolgreich ein neues
Beschichtungsverfahren entwickelt, um auch für industrienahe Prozesse, die
statt des segmentierten keramischen Targets metallische
Targets im reaktiven Modus verwenden, eine
ortsabhängige Reibwertverteilung einzustellen. Durch teilweise Abdeckung
mit einem Blech geeigneter Geometrie kann der Kohlenstoffgehalt und der damit
verbundene Reibwert der Schichten ortsabhängig variiert werden.
Parallel
zur Entwicklung der Beschichtungen mit ortsabhängig einstellbaren Reibwerten im
Labormaßstab erfolgte die Aufskalierung der Beschichtungsprozesse auf
industrienahe CemeCon-Beschichtungsanlagen (TZO). Anschließend
wurden die aufskalierten Schichten auf Streifenzieh-Werkzeuge aufgebracht und von
TKSE getestet. Ein bemerkenswertes Ergebnis ist, dass sich mit einer VAlN+VAlNC-Beschichtung erstmals die Möglichkeit ergibt,
den Streifenziehversuch auch trocken durchzuführen, ohne dass es bis zur maximalen
Flächenpressung von 20 MPa zu einem Versagen infolge eines Stick-Slip-Effektes
kommt.