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DFG - Grundlagenuntersuchungen zur pre-prozess und in-operando Oxidation triboaktiver Hartstoffschichten

Im Forschungsvorhaben soll ein grundlegendes Verständnis über die Zusammenhänge von atomarem Aufbau, Mikrostruktur, Oxidationsbeständigkeit und Reibungsverhalten gesputterter Al-reicher AlCrVY(O)N-Dünnschichten erlangt werden. Dazu werden die Dünnschichten mittels Magnetron-Sputtering auf einem Hartmetall aus WC-Co abgeschieden, aus dem eine Vielzahl von Werkzeugen bestehen. Ziel ist die Abscheidung von AlCrVY(O)N Beschichtungen, die bei erhöhten Temperaturen von 500°C bis 1000°C selbstschmierende Vanadium-Oxidphasen, sogenannte Magnéli-Phasen, bilden, die den Reibungskoeffizienten signifikant vermindern. Zugleich ist von hoher Bedeutung, dass die bekannten positiven mechanischen Eigenschaften der AlCrN-Beschichtungen bei diesen hohen Temperaturen erhalten bleiben.

Reine AlCrN Dünnschichten eigenen sich jedoch auf Grund eines erhöhten Reibungskoeffizients bei erhöhten Temperaturen nicht für tribologische und insbesondere reibungsminimierende Anwendungen. Zentraler Aspekt ist die Analyse des Einflusses der Voroxidation während der Schichtsynthese auf die tribologischen Eigenschaften sowie die Änderung der Oxidphasen während des Einsatzes im Labormaßstab. Im Vergleich dazu werden ebenfalls sauerstofffreie AlCrVYN Dünnschichten hergestellt und gegenübergestellt. Dazu wird die temperaturinduzierte Änderung der Struktur von AlCrVY(O)N Dünnschichten, die mittels verschiedener Abscheidemethoden und somit unterschiedlich hochenergetisch synthetisiert werden, auf makroskopischer sowie atomarer Skala mittels Röntgendiffraktion (XRD) und Röntgen-Nahkanten-Absorptions-Spektroskopie (XANES) unter Nutzung von Synchrotronstrahlung hinsichtlich der Oxidationsbildung von Vanadiumphasen und der Oxidationsbeständigkeit der Al- und Cr-Phasen untersucht und miteinander gekoppelt.

Ziel ist das grundlegende Verständnis zwischen den Abscheideparametern und des voroxidierten Zustands auf die strukturellen Auswirkungen der Beschichtungseigenschaften und somit die Möglichkeit, für Hochtemperaturanwendungen reibungsminimierende Beschichtungen mit zugleich guten mechanischen Eigenschaften zu entwickeln.

REM-Bilder der Oberfläche einer Y-freien AlCrVN-Dünnschicht im as-deposited und bei 400°C, 700°C und 900°C wärmebehandelten Zustand. Sie zeigen die Ausbildung von oberflächlichen Oxiden ab 700°C.

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Anfahrt & Lageplan

Der Campus der Technischen Universität Dortmund liegt in der Nähe des Autobahnkreuzes Dortmund West, wo die Sauerlandlinie A45 den Ruhrschnellweg B1/A40 kreuzt. Die Abfahrt Dortmund-Eichlinghofen auf der A45 führt zum Campus Süd, die Abfahrt Dortmund-Dorstfeld auf der A40 zum Campus-Nord. An beiden Ausfahrten ist die Universität ausgeschildert.

Direkt auf dem Campus Nord befindet sich die S-Bahn-Station „Dortmund Universität“. Von dort fährt die S-Bahn-Linie S1 im 20- oder 30-Minuten-Takt zum Hauptbahnhof Dortmund und in der Gegenrichtung zum Hauptbahnhof Düsseldorf über Bochum, Essen und Duisburg. Außerdem ist die Universität mit den Buslinien 445, 447 und 462 zu erreichen. Eine Fahrplanauskunft findet sich auf der Homepage des Verkehrsverbundes Rhein-Ruhr, außerdem bieten die DSW21 einen interaktiven Liniennetzplan an.
 

Zu den Wahrzeichen der TU Dortmund gehört die H-Bahn. Linie 1 verkehrt im 10-Minuten-Takt zwischen Dortmund Eichlinghofen und dem Technologiezentrum über Campus Süd und Dortmund Universität S, Linie 2 pendelt im 5-Minuten-Takt zwischen Campus Nord und Campus Süd. Diese Strecke legt sie in zwei Minuten zurück.

Vom Flughafen Dortmund aus gelangt man mit dem AirportExpress innerhalb von gut 20 Minuten zum Dortmunder Hauptbahnhof und von dort mit der S-Bahn zur Universität. Ein größeres Angebot an internationalen Flugverbindungen bietet der etwa 60 Kilometer entfernte Flughafen Düsseldorf, der direkt mit der S-Bahn vom Bahnhof der Universität zu erreichen ist.

Die Einrichtungen der Technischen Universität Dortmund verteilen sich auf den größeren Campus Nord und den kleineren Campus Süd. Zudem befinden sich einige Bereiche der Hochschule im angrenzenden Technologiepark. Genauere Informationen können Sie den Lageplänen entnehmen.