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Die Langlebigkeit von Werkzeugen und Maschinenkomponenten spielt nicht nur aus wirtschaftlicher Sicht eine Rolle, sondern gewinnt auch unter dem Aspekt der Nachhaltigkeit eine immer größere Bedeutung. Hierbei kommt es insbesondere auf die Qualität der Oberflächenbeschichtung an.

Um über tribologische Schichten zu sprechen kamen erstmals nach der Pandemie vom 17.-18. Mai 2022 rund 40 Teilnehmer im Achat Hotel Karlsruhe City zusammen. Organisator war die Europäische Forschungsgesellschaft Dünne Schichten e.V.

Die Fritz Stepper GmbH & Co. KG ist Experte für modulare Folgeverbund-Hochleistungs-Stanzwerkzeuge, die mit bis zu 3.000 Hüben pro Minute elektronische Kontaktteile produzieren. Ein weiterer Schritt zur Verbesserung der Stanzwerkzeuge des Pforzheimer Unternehmens ist die HiPIMS-Technologie des Beschichtungsspezialisten CemeCon.

Verschleißschutz

Um den Einfluss von Substrate Engineering auf tribologische Systemeigenschaften ging es im Vortrag von Wadim Schulz von der Hochschule Aalen. Der Schutz von Bauteilen vor Verschleiß geschieht typischerweise über die Applikation von Hartstoffschichten. Entscheidend für die Auswahl geeigneter Schichtsysteme ist die spätere Verwendung. Der Vortragende, Prof. Joachim Albrecht und Florian Köhn von der Hochschule Aalen prüfen derzeit einen anderen Ansatz, nämlich die Beeinflussung der tribologischen Systemeigenschaften des Substrats. So sollen bei der späteren Verwendung gezielte Effekte erreicht werden. Infrage kämen beispielsweise mechanische Strukturierungen und/oder Laserbehandlung des Werkstücks. So sollen Reibkoeffizienten und Verschleißvolumina anwendungsspezifisch gesteuert werden.

Wissenschaftler des Fraunhofer IWS haben mit HICLAD ein Verfahrenskonzept entwickelt, das den Korrosions- und Verschleißschutz per maßgeschneiderter Oberflächenfunktionalisierung maximieren soll. Im Blick steht dabei auch das Reduzieren von Feinstaubemissionen. Ein weiteres Plus: die kostengünstige Serienfertigung.

Um Bauteile vor Korrosion zu schützen werden heute meist Verfahren wie Feuerverzinken, Spritzverzinken, galvanisches Verzinken, Zinklamellen usw. eingesetzt. Ein weiteres Verfahren findet durch die Aufwertung der Verfahrenstechnik in den letzten Jahren zunehmend Beachtung. Die sogenannte Zink-Thermo-Diffusion (ZTD) zeigt viele Vorteile gegenüber herkömmlichen Korrosionsschutzverfahren und ist für die Beschichtung von unterschiedlichen Werkstoffen, wie unlegierter Stahl, Edelstahl, Kupfer, Gusseisen, Sintermetalle und Titan sowie Titanlegierungen geeignet. Ebbinghaus Verbund besitzt ein Patent für das ZTD-Verfahren in Kombination mit einer induktiven Beheizung und hat in seinem Technikum in Solingen die Zink-Thermo-Diffusion mit unterschiedlichsten Materialien erfolgreich getestet.

Bei stromführenden Steckverbindungen in der Elektroenergietechnik ist der Einsatz von Kontaktschmiermitteln Stand der Technik. Als Alternative dazu sollten selbstschmierende Dispersionsschichten galvanisch abgeschieden und anschließend charakterisiert werden. Im Rahmen der Arbeit war es möglich, verschiedene als Festschmierstoffe bekannte Partikel (Grafit, hBN, MoS₂, WS₂, Bi₂S₃ und SnS) in eine Silbermatrix einzubauen. Ag-Grafit wurde hierbei als Referenzsystem zur Beurteilung des Reib- und Verschleißverhaltens der weiteren Partikel herangezogen. Während sich bei Schichten mit hBN, Bi₂S₃ und SnS tribologisch keine Verbesserung gegenüber Reinsilber ergaben, zeigen vor allem Schichten, in welche WS₂ und MoS₂ eingebaut wurden, vielversprechende tribologische Eigenschaften.

Das am Fraunhofer ILT entwickelte Extreme Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen EHLA hat sich schon oft bewährt. Vor allem im Korrosions- und Verschleißschutz von metallischen Bauteilen wird das Verfahren erfolgreich eingesetzt.

Werkzeuge für die Zerspantechnik unterliegen besonders hohen Beanspruchungen im Bereich der Schneidkante. Deshalb werden bereits seit Jahrzehnten Verschleißschutzschichten zum Schutz der Kanten aufgebracht. Dabei ist die Stabilität einer beschichteten Kante von deren spezifischer Geometrie, der Rauheit, dem zu zerspanenden Material und dem aufzubringenden Schichtsystem abhängig. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung von AlCrN-basierten Mehrlagenschichtsystemen und kathodischen Vakuumbogen-Beschichtungsprozessen, welche eine Reduzierung des Schneidkantenradius’ während der Schichtabscheidung ermöglichen. Damit soll es perspektivisch möglich sein, höhere Ausgangsradien bei der Werkzeugauswahl zu berücksichtigen und mit einer frei einstellbaren Kantengeometrie anforderungsgerechte Beschichtungslösungen anzubieten.