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Donnerstag, 20 Januar 2022 16:00

ZVO Oberflächentage: Das Vortragsprogramm – Teil 3 – Verschleißschutz und Funktionsschichten

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Geschätzte Lesezeit: 2 - 4 Minuten
ZVO Oberflächentage: Das Vortragsprogramm – Teil 3 – Verschleißschutz und Funktionsschichten Foto: Sven Hobbiesiefken

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.

Dominik Höhlich (Co-Autoren Luisa Schottstedt, Prof. Thomas Lampke) von der TU Chemnitz sprach über Rost- und säurebeständige Eisenbasis-Legierungen und einem REACh-konformen Korrosions- und Verschleißschutz. Hochlegierte Stähle wie 1.4301 (FeCr18Ni8) finden Verwendung als Bulkmaterialien bei Anwendungen, die hohe Anforderungen an Korrosions- und Verschleißbeständigkeit stellen. Die in dieser Legierung enthaltenen Metalle Chrom und Nickel ermöglichen durch ihre Passivierung, dass die Legierung selbst strenge Normen für die Nickellässigkeit erfüllt und durch ihre geringen adhäsiven Neigungen hohe Verschleißfestigkeit aufweist. Die Applikation von Legierungen mit derartiger Zusammensetzung könnte die Kosten für Anwendungen, in denen Edelstahl bisher als Vollmaterial verwendet wurde, erheblich senken.

Vortrag Jürgen Meyer: Chemisch Nickel: Ersatz oder Ergänzung für Chrom(VI)-Schichten?Vortrag Jürgen Meyer: Chemisch Nickel: Ersatz oder Ergänzung für Chrom(VI)-Schichten?

Die De Martin AG aus der Schweiz schickte Jürgen Meyer nach Berlin, um über Chemisch-Nickel-Dispersionsschichten zu sprechen. Meyer stellte die Frage, ob diese eine Alternative oder eine Ergänzung zu Hartchromschichten sein könnten.

Hartchromschichten haben sich seit Jahrzehnten in vielen Anwendungen bewährt. Ihre Vorzüge sind der hohe Verschleißwiderstand, gute Reibeigenschaften, die Antihafteigenschaften und vor allem auch die hohe Wirtschaftlichkeit des Verfahrens. Nun aber verlangt REACh, Chrom(VI)- Schichten (bald) zu ersetzen. Chemisch- Nickel-Dispersionsschichten stellen laut Jürgen Meyer eine Möglichkeit zur Lösung dieses Dilemmas dar. Besonders etablierte Dispersionsschichten mit eingelagerten Partikeln im Mikron-Größen-Bereich entfalten hier ihr gesamtes Potential.

Weitere Anwendungsmöglichkeiten eröffnen sich nun durch den Einsatz neuartiger Dispersionsschichten mit deutlich reduzierten Partikelgrößen.

Um das gleiche Thema ging es im Vortrag von Lars Lehmann von der TU Chemnitz: Chemisch Nickel als Hartchromersatz, genauer stellte Lehmann Verschleißuntersuchungen an wärmebehandelten Chemisch Nickel-Schichten vor und verglich diese Ergebnisse mit Hartchrom. Der Vortrag zeigte, welche Performance chemische Nickelschichten in verschiedenen Verschleißfor- men aufweisen, wenn diese bei optimalen Parametern wie Phosphorgehalt, Wärmebehandlungstemperatur und Zeit eingesetzt werden.

Funktionsschichten

Vortrag Vogt: Beschichtungsalternative LaserauftragsschweißenVortrag Vogt: Beschichtungsalternative LaserauftragsschweißenMartin Leimbach von der TU Ilmenau referierte über Chancen und Herausforderungen der außenstromlosen Chromabscheidung. Ausgangspunkt war der heutige Stand, bei dem Chromschichten ausschließlich mit galvanischen Verfahren abgeschieden werden. Deren Vorteile sind zum Beispiel die hohe Härte der Schichten, deren hohe Korrosionsbeständigkeit und natürlich auch die ansprechende Optik. Umgekehrt weisen solche galvanisch aufgebrachten Schichten eine sehr geringe Streufähig- keit auf und sind somit in der Anwendung bei Bauteilen mit komplexer Geometrie eher problematisch.

Ein außenstromloser Prozess mit Chrom (III)-Verbindungen wäre eine elegante Möglichkeit, den beschriebenen Herausforderungen zu begegnen. Dieses Verfahren vermeidet die eben beschriebenen Nachteile, fordert Anwender jedoch an anderer Stelle heraus: Komplexbildner, Reduktionsmittel und Prozessparameter müssen so aufeinander abgestimmt werden, dass die autokatalytische Reduktion zu metallischem Chrom ermöglicht wird. Bestimmende Faktoren sind die langsame Kinetik der Chrom(III)-Komplexe, der mehrstufige Reduktionsprozess und die begleitende Wasserstoffentwicklung.

Als technologische, ökologische und wirtschaftliche Alternative zu konventionellen Beschichtungen wie thermisches Spritzen oder Verchromen bietet sich das Laserauftragsschweißen und das Hochgeschwindigkeits-Laserauftragsschweißen an – meint Dr. Sabrina Vogt von der Trumpf Laser- und Systemtechnik. Der wesentliche Unterschied bestehe darin, dass der Laserstrahl die Metallpartikel schon vor dem Auftreffen auf das Werkstück aufschmilzt und nicht erst auf dessen Oberfläche. Das ermöglicht einen sehr geringen Wärmeeintrag ins Werkstück.

Dr. Vogts Vortrag stellte aktuelle Ergebnisse für verschiedene Anwendungsfälle vor und gab einen Überblick über neue Systemtechnologien und Prozesse.

Dr. Mila Manolova (fem, Schwäbisch Gmünd) präsentierte ihre Untersuchungen zur elektrochemischen Abscheidung von Zinn, Kupfer und Bismut auf kommerziellen und selbsthergestellten Gasdiffusions­elek­troden (GDEn). Sn, Cu und Bi deshalb, weil sie kostengünstig sind und nichttoxische Eigenschaften aufweisen. Hintergrund dieser Untersuchungen ist der in der EU proklamierte „Green Deal“, der Klimaneutralität in Europa bis 2050 vorsieht.

Vortrag Mila Manolowa: GasdiffusionselektrodenVortrag Mila Manolowa: Gasdiffusionselektroden

Der Vortragsblock Funktionsschichten wurde abgeschossen mit dem Thema Nickel-Ti-3SiC2-Dispersionsbeschichtungen für neuartige materialschlüssige Verbindungen mittels Flip-Chip-Thermokompression. Dargestellt wurde das Thema durch David Glück und Mathias Fritz von der TU Ilmenau. Durch immer größere Chipflächen in der Optoelektronik besteht die große Herausforderung, die Kontaktstellen über den gesamten Chip zuverlässig zu fügen. Deshalb entwickelte sich in der vergangenen Jahren der Markt für das Flip-Chip-Thermokompressionsbonden überdurchschnittlich rasch. Die beiden Referenten kreierten deshalb an der TU Ilmenau eine Flip-Chip-bondbare Metallisierung, in die elektrisch leitfähige Hartstoffpartikel eingebaut werden. Elektrisch hohe Leitfähigkeit und hohe Härte unterstützen den Thermokompressionsprozess.

Vortrag Glück/Fritz: Flip-Chip-ThermokompressionsbondenVortrag Glück/Fritz: Flip-Chip-Thermokompressionsbonden

 

Weitere Informationen

  • Ausgabe: 1
  • Jahr: 2022
  • Autoren: Heinz Käsinger

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