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Projektbereich D
Lugscheider, Erich
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Die Grundcharakterisierung eines Schichtsystems umfasst die Ermittlung der Schichtdicke,
der Haftfestigkeit, der Härte des Grundwerkstoffs sowie der Schichtstruktur. Dazu werden
die Analysetechniken Kalottenschliff, Scratchtest, Rockwelltest/Rockwelleindringprüfung
durchgeführt, sowie Querschliffe und Bruchproben im Rasterelektronenmikroskop
untersucht. Der Kalottenschliff wird hierbei zur Schichtdickenbestimmung verwendet.
Weiterhin erhält man einen ersten Eindruck von der Haftfestigkeit, sowie eine Aussage
über die Abrasionsbeständigkeit. Die Haftfestigkeit wird mit dem Scratchtest und der
Rockwelleindringprüfung bestimmt. Zusätzlich gewonnene Informationen sind beim
Scratchtest die Versagensform und bei der Rockwellprüfung die Härte des Substrats. Die
Schichtstruktur wird mittels Rasterelektronenmikroskopie untersucht. Neben der Schichtstruktur
ist hierbei auch die Anbindung der Schicht an das Substrat bewertbar.
Spezifischere Kriterien umfassen Oberflächenrauheit, chemische Zusammensetzung,
Textur, Eigenspannungen sowie Mikrohärte der Schicht. Eine weitere Eigenschaft, die
optional überprüft werden kann, ist die Oberflächenenergie in Abhängigkeit ihrer polaren
und dispersen Anteile. Durch diese Untersuchungen ist es möglich eine Aussage über den
chemischen Zustand der Oberfläche zu treffen und dadurch wiederum auf die Klebneigung
der Oberflächen schließen zu können.
Nach der Grundcharakterisierung werden spezielle Anforderungskriterien analysiert. Um
die chemische Zusammensetzung der Schicht zu bestimmen, werden Glimmentladungsemissionsspektrokopie
(glow discharge optical emission spectroscopy; GDOES) und
energiedispersive Verfahren (energy dispersive X-ray; EDX) eingesetzt. Wenn Phasenanteile,
Eigenspannungen und Textur der Schicht von Interesse sind, bestimmt man diese
Eigenschaften über die Röntgendiffraktometrie (XRD).
Im Anschluss an diese Untersuchungen werden an den Schichtverbunden anwendungsnahe
Untersuchungen durchgeführt. Hierzu zählen die Ermittlung des Korrosions- und
Oxidationsverhalten, der Thermowechselbeständigkeit und das Reibverhalten im
tribologischen Einsatz.
Im Teilprojekt D1 ist es in den vergangenen Antragszeiträumen gelungen herausragende
multifunktionale Werkstoffverbunde für die Aluminiumformgebung zu entwickeln. Die
Auslegung dieser Werkstoffverbunde konnten durch eine grundlegende Analyse der
Schadensmechanismen im 1.Antragszeitraum vorangetrieben werden. Nach Analyse der
Hauptversagenskriterien wurden im 2.Antragszeitraum anwendungsrelevante Tests
entwickelt, die eine prozessgetreue Nachbildung der Werkzeugbelastungen erlauben. Das