Ermittlung von Eigenspannungen in beschichteten Oberflächen

• Antragsteller: Professor Dr. Rainer Gadow; Professor Dr. Wolfgang Osten; Professor Dr. Siegfried Schmauder
• Fachliche Zuordnung: Messsysteme
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 215140812

Beschichtungen werden oft verwendet, um funktionale (etwa Korrosions- oder Verschleißschutz, Sensorik) oder dekorative Eigenschaften einer Objektoberfläche zu gewährleisten. Schichten besitzen aber häufig herstellungsbedingte Eigenspannungen, die unerwünschte Effekte erzeugen (z. B. Schichtabplatzung, Rissbildung). Es ist deshalb von Interesse, die Eigenspannungen und ihre Auswirkungen im Verbund zu kennen, um die Schichtherstellung in geeigneter Weise anzupassen. In der 1. Projektphase wurde eine laseroptische Methode zur berührungslosen und minimalinvasiven Messung von oberflächennahen Eigenspannungen entwickelt und validiert, basierend auf einem Laserablationsprozess mit gekoppelter digital-holografischer Interferometrie. Aufbauend auf den Ergebnissen der 1. Projektphase, besteht das Ziel des Vorhabens (2. Projektphase) in der Echtzeit- / In-situ-Eigenspannungsermittlung (d.h. Messung temporärer Spannungen während der fortlaufenden Beschichtung) durch berührungslose Online-Messung. Damit sollen sowohl neue Erkenntnisse über den Verlauf des Beschichtungsprozesses erzielt werden, als auch In-line-Eingriffsmöglichkeiten für die Gewährleistung gewünschter Schichteigenschaften geschaffen werden. Mit den gewonnenen Informationen und dem Abgleich mit Daten aus der Prozesssimulation wird die Herstellung definierter Eigenspannungszustände in den abgeschiedenen Schichten durch Steuerung der Brennertrajektorie, Begleitkühlung und Parametervariation des Beschichtungsprozesses ermöglicht. Fernziel der Methodenentwicklung ist die Prozessregelung zur gezielten Einstellung resultierender Eigenspannungszustände in Schichten, welche mittels Verfahren des thermischen Spritzens erzeugt werden. Darüber hinaus soll die erarbeitete Systematik zur Eigenspannungsermittlung mittels ablativem Laserabtrag auch auf weitere Messfelder ausgedehnt werden. Hierzu zählen vergleichweise kleine, nicht halbunendliche Körper (mit Einfluss der Randzone), zylindrische- oder auch Freiformflächen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen