Hartstoffschichten

 

Auftraggeber GFE - Gesellschaft für Fertigungstechnik und Entwicklung Schmalkalden e.V.
Näherstiller Strasse 10
98574 Schmalkalden
Branche 72 Forschung und Entwicklung
Projektart Forschungs- / Entwicklungsprojekt
Zielstellung Die Zielstellung des FuE-Projektes bestand in der Entwicklung und dem Bau einer modularen Versuchseinrichtung auf der Basis des sogenannten Impacttests. Dabei wird ein Eindringkörper, meist eine Kugel, mit definierter Kraft auf die zu prüfende Oberfläche geschlagen. Diese Belastung wird mit einer bestimmten Frequenz eine vorgegebene- Zeit wiederholt. Entsprechend des Schädigungsgrades der Oberfläche des Prüflings können Aussagen über dessen dynamisches Belastungsverhalten getroffen werden. Weiterführend sollte unter Verwendung dieser Versuchseinrichtung eine Verfahrensentwicklung zur Charakterisierung des dynamischen Belastungsverhaltens von dünnen Hartstoffschichten auf Werkzeugen und Bauteilen u. a. unter Nutzung der entstehenden Schallemissionen während des Belastungsprozesses erfolgen.
Ergebnisse Im Rahmen der FuE-Arbeiten ist eine Versuchseinrichtung (Demonstrator) entstanden, die modular aufgebaut und flexibel einsetzbar ist. Diese ist mit einem automatisch ansteuerbaren Antriebssystem ausgestattet, um die beim Impacttest wiederkehrende Bewegung mit wechselndem Richtungssinn zu erzeugen. Die Erfassung der Kraft erfolgt mit einem piezoelektrischen Kraftsensor. Die Aufnahme der Schall- bzw. Schwingungssignale wird mit einem Beschleunigungsaufnehmer realisiert. Zur Bestimmung der Eindringtiefe des Belastungsköpers in den hartstoffbeschichteten Prüfling kann sowohl ein interferometrischer Sensor als auch ein Wirbelstromsensor eingesetzt werden. Als Belastungskörper werden Kugeln aus Hartmetall mit verschiedenen Durchmessern eingesetzt. Der erzielbare Gesamtlastbereich liegt zwischen 5 N und 1000 N, wobei für den unteren als auch für den oberen Kraftbereich jeweils ein entsprechender Lastkopf eingesetzt wird.







Als Referenzprüfungen wurden Scratch- und Rockwelltests zur Bestimmung der Schichthaftung durchgeführt. Des Weiteren wurden an ausgewählten Prüflingen rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen der Eindrücke angefertigt, um Beschädigungen der Prüflingsoberflächen festzustellen. Aus den aufgenommenen Kraft- und Schallsignalen, die während der kurzen Zeit des Aufprallens des Belastungskörpers auf das hartstoffbeschichtete Bauteil entstehen können, werden mittels digitaler Signalanalyseverfahren Aussagen zu dem dynamischen Belastungsverhalten der Hartstoffschicht in Verbindung mit dem Substrat abgeleitet. Die Verfahren ermöglichen es, die Zusammenhänge zwischen den Belastungsparametern wie Prüffrequenz und aufgebrachter Kraft, der Charakteristik des Schallsignals, der Eindringtiefe und den statisch ermittelten Haftfestigkeitseigenschaften der dünnen Hartstoffschichten auf den Bauteilen herzustellen. Für den Anwender eines Systems, basierend auf der entwickelten Versuchseinrichtung und der dazugehörigen Ansteuer- und Auswerteverfahren, besteht die Möglichkeit, das dynamische Belastungsverhalten von hartstoffbeschichteten Werkzeugen und Bauteilen detailliert zu charakterisieren. Damit können sowohl Anwender von beschichteten Bauteilen und Werkzeugen als auch Beschichtungsfirmen neue Erkenntnisse gewinnen und diese so umsetzen, dass ihre Bauteile oder Werkzeuge in Verbindung mit dünnen Hartstoffschichten für bestehende Einsatzfälle optimiert und/oder neue Anwendungsfälle erschlossen werden können.






FerMeTh

Cluster für Fertigungstechnik und Metallbearbeitung in Thüringen

Geschäftsstelle an der GFE – Gesellschaft für Fertigungstechnik und Entwicklung Schmalkalden e. V.

Näherstiller Straße 10
98574 Schmalkalden

URL: www.fermeth.de/www/ddk/gfe/fermeth/competence.nsf/docs/Hartstoffschichten

gedruckt am 12. Dezember 2018