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Projekt
Funktionalisierung von a-C:H-Werkzeugbeschichtungen und Homogenisierung der Aluminiumpassivschicht für die schmiermittelfreie Aluminiumumformung
Antragsteller
Professor Dr. Günter Bräuer; Professor Dr.-Ing. Peter Groche
Fachliche Zuordnung
Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
Förderung
Förderung von 2017 bis 2021
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 390892986
Ziel ist die Realisierung einer Trockenblechumformung von Aluminiumlegierungen durch Verfahrensentwicklungen zur Grenzflächenoptimierung der Werkzeug- und Blechoberfläche. Hinderungsgrund für die industrielle Umsetzung der Trockenumformung sind Verschleißmechanismen, die bei realen Umformbedingungen die Adhäsionsausbildung am Werkzeug hervorrufen und somit einen frühzeitigen Werkzeugausfall provozieren. Diese Verschleißmechanismen können auf das Einlaufverhalten von kohlenstoffbasierten Werkzeugbeschichtungen zurückgeführt werden und stehen in engem Zusammenhang mit der nativen Oxidschicht des Aluminiums. Für deren Optimierung liegen Lösungsansätze vor, die in diesem Projekt verfolgt werden sollen.Amorphe hydrogenisierte Kohlenstoffschichten (a-C:H) zeichnen sich durch sehr gute tribologische Eigenschaften im trockenen Reibkontakt gegen Aluminium aus, jedoch ist deren Einlaufverhalten durch eine hohe Adhäsivität und Reibung geprägt. Gemäß Voruntersuchen liegt das Einlaufverhalten nur einmalig und temporär vor, währenddessen eine Funktionalisierung der a-C:H-Schicht abläuft und eine anschließende Verringerung der Adhäsivität bewirkt. Teilziel ist eine Verfahrensentwicklung zur künstlichen Funktionalisierung von a-C:H-Schichten. Hierzu soll durch Plasmapolieren der Werkzeugoberfläche und plasmachemischen Ätzen der a-C:H-Schicht die Schichtrauheit auf wenige Nanometer reduziert und die a-C:H-Wachstumszone entfernt werden. Anschließend erfolgt eine Graphitisierung der a-C:H-Randschicht über eine thermische Behandlung nach Abbild des Flash Lamp Annealings. Die Verfahren sind hochgradig Materialspezifisch, wonach diese zunächst einzeln optimiert und anschließend zu einem Behandlungsverfahren zusammengefasst werden sollen.Durch ein gezielt homogenes Einstellen der nativen Passivierungsschicht auf der Blechoberfläche soll in Anlehnung an das reib- und verschleißgünstige Verhalten von Aluminiumhydroxid eine natürliche Verschleißschutzschicht auf der Blechoberfläche synthetisiert werden. Dabei soll die vorhandene Oxidschicht durch eine geeignete Deckschicht aus vorzugsweise gamma-AlOOH substituiert werden, wodurch dessen schmierende Wirkung an der Blechoberfläche nutzbar gemacht wird. Die so generierte Passivschicht ermöglicht es, die vorteilhafte Schmierung mit Wasser durch eine geeignete Vorbehandlung zu ersetzen. Es handelt sich dabei um eine Modifikation der nativen Oxidschicht, die lediglich durch die Wahl eines entsprechenden Umgebungsmediums reibungs- und verschleißmindernd in ihrer Ausbildung beeinflusst wird. Die anschließend zur Verfügung stehenden Verfahren zur Funktionalisierung von a-C:H-Werkzeugbeschichtungen und Homogenisierung der Aluminiumpassivschicht senken gezielt die Adhäsionsmechanismen in realen Umformprozessen. Nach Abschluss des Projekts soll eine kombinierte Anwendung beider Verfahren die Trockenumformung von Aluminiumlegierungen ermöglichen.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
