Mehrskalenmodellierung des mechanischen Verhaltens tribologischer Schichtsysteme

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr.-Ing. Katrin Schulz; Dr.-Ing. Markus Sudmanns
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 549653864

Die additive Herstellung von Multi-Material Strukturen hat in den letzten Jahren aufgrund des technischen Fortschritts im Bereich der additiven Fertigung viel Aufmerksamkeit gewonnen. Bestehende experimentelle Arbeiten zu Multi-Material-Strukturen und Metall-Matrix Verbundwerkstoffen unter Verwendung verschiedener Laser-basierter additiver Verfahren liefern eine umfangreiche Datenlage. Dies motiviert die Ergänzung der experimentellen Ergebnisse um simulative Ansätze, die tiefergehende Einblicke in die Mikrostruktur-Eigenschafts-Beziehungen ermöglichen und so bestehende Ansätze komplementieren. Bestehende Simulationsansätze, die sich mit Laserprozessen beschäftigen, fokussieren sich vorwiegend auf eine Vorhersage der Wärmeeinwirkung auf die betrachtete Struktur, die Ausbildung prozessinduzierter Eigenspannungen auf der Makroskala sowie lokale Erstarrungsbedingungen. Arbeiten mit dem Fokus auf das Materialverhalten der Meso- und Mikrostruktur beschäftigen sich z.B. mit dem Einfluss von Partikelgeometrien und -eigenschaften in Verbundwerkstoffen, berücksichtigen aber in der Regel keine spezifischen Herstellungseinflüsse. Die Vorhersage der Einsatzeigenschaften additiv hergestellter Materialien insbesondere in Beschichtungssystemen sowie deren Anpassung an die gewählte Anwendung in Abhängigkeit der Mikrostruktur ist daher eine zentrale Herausforderung und Ziel dieses Projektvorhabens. Es sollen zielführende Ansätze zur Optimierung und Einstellung des geeigneten Herstellungsprozesses und der entsprechenden Verarbeitungsparameter identifiziert werden, um optimierte, leistungsfähige Mikrostrukturen einstellen zu können. Dies soll in dem Vorhaben durch die gezielte Modellierung und Beschreibung der Struktur-Eigenschaftsbeziehungen basierend auf thermo-mechanischen Verformungsmechanismen, Grenzflächeninteraktion und Versagensmechanismen der Mikrostrukturen erreicht werden. Das folgende physikalisch basierte Verständnis für das Wechselspiel der System-, Prozess- und Materialparameter liefert dann die Basis für eine systematische Optimierung. Dies ist insbesondere für laser-basierte additive Herstellungsprozesse von Beschichtungssystemen relevant, welche durch eine hochgradig transiente thermische und thermo-mechanische Belastung gekennzeichnet sind.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Johannes Henrich Schleifenbaum