| Titel | DLC-Based duplex coatings for highly loaded forming tools |
| Autor | Kai Weigel, Markus Mejauschek, Marc Kleinschmidt, Günter Bräuer |
| Infos zum Autor | Kai Weigel, Fraunhofer Institut für Schicht- und Oberflächentechnik, Bienroder Weg 54E, 38108 Braunschweig, Germany Markus Mejauschek, Fraunhofer Institut für Schicht- und Oberflächentechnik, Bienroder Weg 54E, 38108 Braunschweig, Germany Marc Kleinschmidt, Fraunhofer Institut für Schicht- und Oberflächentechnik, Bienroder Weg 54E, 38108 Braunschweig, Germany Prof. Dr. Günter Bräuer, Fraunhofer Institut für Schicht- und Oberflächentechnik, Bienroder Weg 54E, 38108 Braunschweig, Germany |
| Inhalt | DLC- (Diamond Like Carbon) Beschichtungen sind, aufgrund hoher Härte und Verschleißbeständigkeit, ihrem geringen Reibungskoeffizienten und geringer Adhäsionsneigung gegen die meisten Werkstoffe, prädestiniert für die Anwendung auf Umformwerkzeugen. Sie können in PVD- (Physical Vapor Deposition) oder PACVD- (Plasma Activated Chemical Vapor Deposition) Verfahren hergestellt werden. Momentan sind die Anwendungsgebiete eingeschränkt. Die Haftfestigkeit und den vollen Funktionsbereich abdeckende Lasttragfähigkeit der Schichtsysteme sind die hauptsächlichen limitierenden Faktoren. Mittels metallischer Haftschichten wird die Haftfestigkeit in vielen Fällen verbessert. Komplexe Werkzeug- oder Bauteilgeometrien können jedoch zu Abschattungseffekten und dadurch verursachtem vorzeitigem Schichtversagen führen. Eine Alternative besteht in einem Duplexverfahren, das aus Plasmanitrierung und anschließender DLC-Beschichtung besteht. Abhängig vom (Werkzeug-) Grundwerkstoff können hierdurch Schichthaftung und Lasttragfähigkeit erhöht werden. Übliche Werkzeuggeometrien können gut behandelt werden und der Stützeffekt der Nitrierzone bewirkt eine erhöhte Haftfestigkeit der DLC-Beschichtung in Standardtests. Die relevanten Mechanismen für eine gute Schichthaftung in hochbelastenden Umformsituationen sind aber noch nicht hinreichend bekannt. Die hier vorgestellten Untersuchungen beschreiben die Wirkung verschiedener Nitrierprozesse hinsichtlich Gaszusammensetzung, Prozessdruck und temperatur auf unterschiedlichen gebräuchlichen Werkzeugstählen. Sie wurden durchgeführt in flacher und räumlich komplexer Anordnung auf 1.2379 Kaltarbeitsstahl, 1.2343 Warmarbeitsstahl, 1.3343 Schnellarbeitsstahl und pulvermetallurgischem CPM REX M4 Werkzeugstahl. Der Fokus der Betrachtungen lag hierbei auf den Auswirkungen der unterschiedlichen Nitrierbehandlungen auf die Eigenschaften der folgenden DLC-Beschichtung. Unterschiedliche Tests zur Haftungsbeurteilung, Rockwell-, Scratch- und Impact-Tests, wurden durchgeführt. Vor allem auf geometrisch exponierten Flächen wurden differenzierte Ergebnisse zum Einfluss der spezifischen Nitrierzonen gefunden. Die Untersuchungen wurden ergänzt und validiert durch die Duplex-Behandlung verschiedener Umformwerkzeuge und deren Einsatz unter industriellen Produktionsbedingungen. Diesen Tests schlossen sich weitere Analysen und Charakterisierungsmethoden zur Verbesserung des Prozesses an. |
| Datum | 2018 |
