Einfluss von HPPMS-Pulsparametern auf die Stöchiometrie und die Bildung von Reaktionsschichten auf nitridischen Hartstoffschichten für die Zerspanung

• Antragstellerin: Professorin Dr.-Ing. Kirsten Bobzin
• Fachliche Zuordnung: Beschichtungs- und Oberflächentechnik ; Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 321041164

Während der Zerspanung von pulvermetallurgisch hergestelltem Schnellarbeitsstahl treten abrasiver und adhäsiver Verschleiß sowie Oxidation als Schadensmechanismen am Werkzeug in Erscheinung. Die Applikation einer TiAlCrSiON-Schicht mittels gepulster Hochleistungsplasmen stellt einen vielversprechenden Ansatz dar, um die Werkzeugstandzeit zu steigern. Im Vorgängerprojekt wurden derartige Beschichtungen und die Interaktionen mit einem Stahlwerkstoff unter rein statischer Last und hoher thermischer Beanspruchung untersucht. Hierbei wurde zudem der Aluminium- und Sauerstoffgehalt im Schichtsystem TiAlCrSiON variiert und es erfolgte eine Korrelation von Prozess- und Pulsparametern mit der Reaktionsschichtbildung. Darüber hinaus wurden insbesondere die Schadensmechanismen infolge thermischer Beanspruchung untersucht und es erfolgte eine umfangreiche Analyse der Funktion der Beschichtungen als Diffusionsbarriere. Des Weiteren wurden Fräsversuche unter praxisnahen Bedingungen durchgeführt. Eine Analyse des tribologischen Verhaltens der Beschichtungen unter dynamischer Last war im vergangenen Forschungszeitraum noch nicht vorgesehen. Untersuchungen im Stand der Forschung belegen jedoch, dass sich durch die Verwendung oxinitridischer Hartstoffschichten die Reibung gegenüber Stahl unter dynamischer Last reduzieren lässt. In der Forschung zu nanokristallinen Hartstoffschichten existieren hierzu bislang nur wenige Untersuchungen. Das übergeordnete Ziel des jetzt beantragten Forschungsvorhabens besteht in einem Erkenntnisgewinn über den Einfluss der chemischen Zusammensetzung von TiAlCrSiON-Nanokompositen auf die Interaktion mit Stahl unter tribologischer Beanspruchung und auf das Schadenskollektiv in der Zerspanung. Nach der Schichtherstellung wird ein Einfluss der chemischen Zusammensetzung auf die weiteren Schichteigenschaften und auf die Haftung gegenüber Hartmetall untersucht. Durch Einsatz der tribologischen Modelltests wird das Beanspruchungskollektiv, das beim Fräsen auftritt, nachgebildet. Hierbei werden grundlegende Zusammenhänge der Schichteigenschaften mit dem Reibungsverhalten und der Reaktionsschichtbildung im tribologischen Systemtest erforscht. Es wird zudem untersucht, ob sich durch einen gesteigerten Aluminium- und Sauerstoffgehalt der Verschleiß in den Systemtests reduzieren lässt. Schließlich wird untersucht, ob sich die in den Systemtests gefundenen Zusammenhänge auf Feldversuche übertragen lassen. Hierbei wird die Ausprägung der grundlegenden Schadensmechanismen im Zerspanprozess in Abhängigkeit des Reibungsverhaltens erforscht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Tobias Brögelmann