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SFB/TR73-B5: Einsatz nanostrukturierter Dünnschichten zur Verschleiß-und Reibungs-minderung von Werkzeugen zur Feinblechverarbeitung

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Projektbearbeiter: Dominic Stangier

Im Rahmen der ersten Förderperiode wurden tierische bionische Strukturen, welche konkave, konvexe und wellenförmige Texturen aufweisen hinsichtlich ihres tribo-mechanischen Verhaltens charakterisiert. Dazu wurden in Kooperation mit dem Teilprojekt B2 frästechnologisch die Strukturen in das Substratmaterial eingebracht. Zum Schutz der filigranen Strukturen wurden drei chrombasierte, keramische PVD-Schichtsysteme (CrAlN, CrCN und Cr2AlC) jeweils monolagig sowie multilagig (Keramik mit metallischen Cr-Zwischenschichten) auf den strukturierten Oberflächen abgeschieden.

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Abbildung 1: Analyse und Übertragung tierischer bionischer Strukturen auf Funktionsflächen

Die Untersuchungen der ersten Förderperiode zeigen, dass erfolgreich erste Schicht-Struktur-Kombinationen auf Werkzeuge für inkrementelle Umformprozesse (A4) übertragen wurden. Durch diese Oberflächenmodifikation konnten die Prozesskräfte um circa 20% gesenkt und die Tragfähigkeit der Werkzeugoberflächen gesteigert werden. Zudem zeigte sich, dass durch geeignete Vorbehandlung des Substratmaterials (Plasmanitrierung) die Leistungsfähigkeit des Gesamtschichtsystems zusätzlich gesteigert werden konnte. Des Weiteren konnten mit Hilfe der PVD-Beschichtungstechnologie Sensorschichten (NiCr) zur Temperaturerfassung auf Basis des Seebeck-Effektes im Labormaßstab abgeschieden werden. Diese Sensoren sollen mittelfristig in multilagigen Dünnschichten integriert werden, um dadurch in-situ in die Prozessregelung einzugreifen.

SFB-TR73-B5_Foe1_Abbildung_2

Abbildung 2: Strukturierung von Werkzeugen für die Inkrementelle Umformtechnik

Veröffentlichungen:

2013

  • Vierzigmann, U.; Schneider, T.; Koch, J.; Merklein, M.; Engel, U.; Hense, R.; Biermann, D.; Krebs, E.; Lucas, H.; Denkena, B.; Herper, J.; Tillmann, W.; Stangier, D.: Untersuchungen von Tailored Surfaces für die Blechmassivumformung mittels angepasstem Ringstauchversuch. In: Merklein, M.; Behrens, B. A., Tekkaya, A. E. (Hrsg.): 2. Workshop Blechmassivumformung, (2013), Bamberg: Meisenbach, 137-162.

2012

  • Sieczkarek, P.; Kwiatkowski, L.; Tekkaya, A.; Krebs, E.; Biermann, D.; Tillmann, W.; Herper, J.: Improved Tool Surfaces for Incremental Bulk Forming Processes of Sheet Metals. Key Engineering Materials 504 (2012) 975-980.
  • Tillmann, W.; Herper, J.: Development and Tribological Investigation of the Coating System Chromium Carbonitride (CrCN) to Different Surface Designs. Journal of Materials Science and Engineering, 4 (2012) 223-229.

2011

  • Biermann, D.; Merklein, M.; Engel, U.; Tillmann, W.; Surmann, T.; Hense, R.; Herper, J.; Koch, J.; Vierzigmann, U.; Krebs, E.: Umformwerkzeuge in der Blechmassivumformung. In: : Merklein, M.; Bach, Fr.-W.; Tekkaya, A. E.; (Hrsg.): 1. Workshop Blechmassivumformung, 1(2011)1, Bamberg: Meisen-bach, 119-138.
  • Hetzner, H.; Tillmann, W.; Tremmel, S.; Herper, J.: Tribologische Dünnschich-ten für die Blechmassivumformung. In: Merklein, M.; Bach, F.-W., Tekkaya, A.E. (Hrsg.): 1. Workshop Blechmassivumformung, (2011), Bamberg: Meisen-bach, 139-158.
  • Vogli, E.; Tillmann, W.; Selvadurai-Lassl, U.; Fischer, G.; Herper, J.: Influence of Ti/TiAlN-multilayer designs on their residual stresses and mechanical properties. Applied Surface Science, 257 (2011) 8550-8557.

2010

  • Tillmann, W.; Vogli, E.; Herper, J.; Haase, M.: Nanostructured Bionic PVD-Coatings for Forming Tools. Key Engineering Materials, 438 (2010) 41-48.