Selbstheilende verschleißbeständige Presswerkzeuge zur Herstellung von Diamant-Verbundwerkstoffen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Wolfgang Tillmann
• Fachliche Zuordnung: Beschichtungs- und Oberflächentechnik ; Materialien und Werkstoffe der Sinterprozesse und der generativen Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2014
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 207759721

Um Diamantverbundwerkstoffe pulvermetallurgisch herzustellen, wird eine Mischung aus Diamantpartikeln und einer metallischen Matrix, wie z.B. Kobaltpulver, gepresst und anschließend in einem Vakuumofen gesintert. Auf Grund der hohen Härte der Diamanten ist die Verschleißrate der Innenseite des Presswerkzeugs sehr hoch. Diese Arbeit zielt darauf ab, die Standzeit der Presswerkzeuge mit Hilfe einer Oberflächenbehandlung mittels Plasmanitrierung und PVD (Physical Vapor Deposition)-Beschichtung zu erhöhen. Als Grundwerkstoff für Presswerkzeuge werden in dieser Arbeit diverse hoch- und niedriglegierte Stähle eingesetzt. Im Anschluss werden Nickel-Titan-Dünnschichten mit einem Formgedächtniseffekt mittels PVD-Verfahren auf die Oberfläche der plasmanitrierten Stählen abgeschieden. Die NiTi-Dünnschichten werden dann mit tribologischen Schichten versehen. Die Idee ist, durch Abscheidung von NiTi-Dünnschichten als eine Haftvermittlungsschicht mit Formgedächtniseigenschaften und einer hohen Elastizität (Superelastizität) einen selbstheilenden Effekt für die Oberfläche der Presswerkzeuge zu schaffen. Dies dient dazu, den Verschleiß der Oberfläche der Pressmatrize, die stark abrasiv beansprucht wird, nach einem thermischen Zyklus zu reduzieren. Um die optimale Lösung für diese Aufgabenstellung zu finden, werden verschiedene NiTi-Dünnschichten sowie tribologischen Schichten, wie diamantähnliche Kohlenstoffschichten (DLC), im Rahmen dieses Forschungsprojekts erarbeitet, systematisch untersucht und weiter optimiert. Für eine systematische Untersuchung und Auswertung der mechanischen und tribologischen Eigenschaften der Schichtsysteme sowie zur Validierung des Konzepts einer selbstheilenden Schicht werden zahlreiche Standardversuche, wie Nanoindentation, Scratch- und Ball-on-Disk-Tests, 3D-Profilometrie, DTA (Differential Thermo Analysis), DSC (Differential Scanning Calometry) und XRD (Röntgendiffraktometrie) verwendet. Anschließend werden die selbstheilenden Schichtsysteme mit den bestmöglichen Eigenschaften auf die Oberflächen von Pressmatrizen aufgetragen und im Kompaktierungsprozess von Diamant-Verbundwerkstoffen unter realistischen Bedingungen getestet und verglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen