SFB/TRR30: In-Prozess-Herstellung und Applikation von horizontal-vertikal gradierten Schichtgefügestrukturen auf Werkzeugen unter Einsatz von PVD- und Thermischen Spritzverfahren

Das Ziel des Sonderforschungsbereichs Transregio 30 ist die Entwicklung neuer Verfahren zur Metall- und Kunststoffformgebung zur Herstellung innovativer Produkte, deren Eigenschaften den jeweiligen Anforderungen entsprechen. Besonders interessant sind hierbei funktionalgradierte Strukturen, die vor allem für die Automobil- und Luftfahrtindustrie von Bedeutung sind. Diese Strukturen erlauben eine optimale Anpassung der Bauteileigenschaften an verschiedene Bereiche innerhalb einer einzigen Struktur, was neue Möglichkeiten im Leichtbau eröffnet. Somit müssen die Eigenschaften eines Grundwerkstoffs an verschiedenen Stellen des Bauteils lokal und unterschiedlich her- bzw. eingestellt werden.

Eine besondere Herausforderung liegt in der Entwicklung der entsprechenden Fertigungsprozesse. Diese thermo-mechanischen Formgebungsverfahren sollen zu mikro- und makrostrukturellen Bauteileigenschaften führen, die bisher entweder gar nicht oder nur unter unwirtschaftlichen Bedingungen mit konventionellen Herstellungsverfahren erzielt werden konnten. Der Sonderforschungsbereich Transregio 30 widmet sich somit innovativen Forschungsansätzen, um die Herstellung neuartiger Produkte mit maßgeschneiderten Eigenschaften zu ermöglichen und dadurch die Industrie in verschiedenen Sektoren voranzutreiben.

Dieses Teilprojekt zielt darauf ab, multilagige Schichtsysteme zu entwickeln und einzusetzen, die neben guten tribologischen Eigenschaften, wie einem geringen Reibungskoeffizienten und gutem Verschleißschutz, eine hohe Oxidationsbeständigkeit und eine niedrige Adhäsionsneigung bei hohen Temperaturen aufweisen, wie sie bei Fertigungsprozessen mit thermo-mechanischer Kopplung gefordert werden. Das Physical Vapor Deposition- und das High Velocity Oxygen Fuel-Verfahren sollen hierzu angewendet werden, wobei durch gezielte Änderung des Schichtauf-baus das System Werkzeug-Werkstück-Umformprozess bestmöglich anzupassen ist.

1. W. Tillmann, L Hagen, I. Baumann, M. Tolan, M. Paulus, F. Wieland: Cor-relation of the particle behavior, microstructure and phase evolution during the optimization of HVOF sprayed WC-12Co coatings by means of DoE. Pro-ceedings of the International Thermal Spray Conference (ITSC) 2011, 27.-29. September 2011, Hamburg, Deutschland, 845-851.
2. W. Tillmann, N. Sievers, H.G. Rademacher, L. Hagen, F. Hoffmann, R. Zielke: Untersuchung von gradierten Multilayerschichten auf Umformwerkzeugen mittels der optisch angeregten Lock-In Thermographie. Thermographie-Kolloquium 2011, 29.-30. September 2011, Stuttgart, Deutschland.
3. W. Tillmann, L. Hagen, I.A. Laemmerhirt: In-situ processing of functional graded coatings by means of atmospheric plasma spraying. In: R.S. Lima, A. Agarwal, M.M. Hyland, Y.C. Lau, C.J. Li, A. McDonald, F.L. Toma (Hrg.): Thermal Spray 2012: Proceedings from the International Thermal Spray Conference and Exposition, 21.-24. Mai 2012, Houston, Texas, USA, 776-781.
4. W. Tillmann, F. Hoffmann, L. Hagen, N. Sievers, R. Zielke: Adhesion and tribological behavior of Cr/CrAlN multilayer coatings on thermally sprayed substrates for hot metal forming. 1st International Conference on Thermo-mechanically Graded Materials, 29.-30. Oktober 2012, Kassel, Deutschland. 11-18.
5. W. Tillmann, N. Sievers, C. Melchers, R. Zielke, A. Ries, H.-P. Heim: Eval-uation of nondestructive methods for the characterization self-reinforced pol-ypropylene composites. 1st International Conference on Thermo-mechanically Graded Materials, 29.-30. Oktober 2012., Kassel, Deutschland, 253-258.
6. W. Tillmann, T. Sprute, F. Hoffmann, Y.-Y. Chang, C.Y. Tsa: Influence of bias voltage on residual stresses and tribological properties of TiAlN-coatings at elevated temperatures. Surface and Coatings Technology, 231 (2012) 122-125. doi: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2012.03.012
7. W. Tillmann, T. Sprute, F. Hoffmann, U. Selvadurai, G. Fischer: Influence of Bias voltage on Tribological Behavior and Residual Stresses of Cr/CrAlN Multilayer Systems. China Surface Engineering, 26 (2013) 1-9.
8. W. Tillmann, S. Momeni, F. Hoffmann: A study of mechanical and tribological properties of self-lubricating TiAlVN coatings at elevated temperatures. Tribology International, 66 (2013) 324 -329. doi: https://doi.org/10.1016/j.triboint.2013.06.007

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