Teilprojekt C03 Werkzeugverschleißschutz

Die Produktionsprozesse der metallverarbeitenden Industrie werden üblicherweise in Gegenwart von Sauerstoff durchgeführt. Insbesondere durch auftretende Randschichtoxidationen auf Werkzeugen und -stücken während der Fertigung unter Normalatmosphäre ist in tribologischen Systemen ein hoher Verschleiß zu beobachten. Im Fokus der Untersuchungen des Teilprojektes C03 steht deshalb die Fragestellung, inwiefern sich die Verschleißmechanismen bei sauerstofffreien Produktionsprozessen der Zerspanungs- und Umformtechnik von denen in Normalatmosphäre unterscheiden, um Verschleißschutzschichten hoher Standzeiten für die Sauerstofffreie Produktion zu entwickeln. Entfallen z. B. native Oxidschichten, ist mit einer Veränderung der maßgeblichen Verschleißursachen zu rechnen. Größere Bedeutung als an Normalatmosphäre wird u. a. den Effekten von Diffusion und Adhäsion zukommen, die üblicherweise durch oberflächliche, inerte Oxide unterbunden werden. Ebenfalls werden veränderte lokale Legierungsbildungen erwartet, die durch Ausbleiben der Oxidation andere chemische Reaktionen an den neuen Grenzflächen bewirken.

Im weiteren Verlauf des SFB sollen die gewonnenen Erkenntnisse aus dem Schichtverhalten unter XHV-adäquater Atmosphäre genutzt werden, um neuartige Beschichtungen zu etablieren und damit Werkzeuge für kooperierende Teilprojekte bereitstellen zu können. Beispielhaft hierfür stehen Werkstoffe (Siliciumcarbid, DLC, Siliciumnitrid etc.), die einem hohen oxidativen Verschleiß unterliegen, jedoch über vorteilhafte mechanische Eigenschaften verfügen, die potentiell nutzbar gemacht werden sollen. Weiterhin sollen tribologisch relevante Schichten betrachtet werden, die während thermischer Prozesse einer sauerstofffreien Prozesskette, bspw. durch den Einsatz von Reaktivgasen wie Acetylen, Ammoniak oder Silan, gezielt erzeugt werden können. Darüber hinaus wird der Einsatz von unter Sauerstoffatmosphäre hoch reaktiven Hartstoffen bzw. daraus abgeleiteten Beschichtungen möglich, welche unter sauerstofffreien Prozessbedingungen ein noch vollkommen unbekanntes Potenzial in tribologischen Systemen besitzen können. Das setzt eine Betrachtung von Herstellung, Handhabung und Entsorgung voraus. Aus diesem Grund erfolgt die Umsetzung in enger Abstimmung mit den Teilprojekten, bei denen die zu entwickelten Verschleißschutzschichten genutzt werden (Teilprojekte A03, A04, B01, B03). Zusätzlich wird das entwickelte Modell auf die Gesamtprozesse übertragen und die Modellvorstellungen der Einzelprozesse auf den Einsatz von weiteren Werkstoffen untersucht, um somit ein möglichst prozessübergreifendes Verschleißmodell bereitstellen zu können.