Entwicklung eines Verfahrens zur Herstellung ternärer metallischer Schichten mit anwendungsspezifisch einstellbaren Schichteigenschaften auf Basis von Mechanical Plating.
Kurzfassung der Projektbeschreibung
Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines innovativen Beschichtungssystems für die Abscheidung ternärer
Metallgemische mittels Mechanical Plating, bei dem die Schichteigenschaften durch Veränderung der Anteile der
beteiligten Schichtmetalle gezielt auf die Anforderungen der jeweiligen Charge in Bezug auf Korrosionsschutz und
tribologische Eigenschaften hin eingestellt werden können. Das Beschichtungssystem basiert auf einer Mischung von
Pulvern der Metalle Zinn (Sn), Zink (Zn) und Aluminium (Al), deren einzelne Konzentration chargenspezifisch jeweils von
0 bis 100 % variiert werden sollen. Durch die unterschiedlichen Einflüsse der einzelnen Metallkonzentrationen auf
Korrosionsschutz und tribologische Eigenschaften wird damit ein breites Feld möglicher Variationen für die wechselnden
Anforderungen für die Beschichtung für unterschiedlichen Einsatzfälle hochfester Bauteile ermöglicht. Dies ist für die
Wettbewerbsfähigkeit in kleinen Märkten entscheidend, weil so auch kleinere Losgrößen kostengünstig produziert werden
können. Gleichzeitig wird durch das Mechanical Plating Verfahren die besonders bei hochfesten Stählen gefährliche
Wasserstoffversprödung sicher ausgeschlossen.
Die ternären Mischungen aus Al, Sn, Zn besitzen dabei aufgrund der Freiheitsgrade in den einzelnen Konzentrationen ihrer
Elementanteile das Potenzial, konventionelle, aus z. T. reglementierten Stoffen bestehende Schichten (z. B.
Hartchrom-/Cadmiumschichten) zu substituieren und weitere Anwendungsfelder zu erschließen. In der Prozessentwicklung
ist es erforderlich, weitgehend einheitliche Eigenschaften der Metallpartikel bzgl. Morphologie, Größe und Verteilung
zu ermitteln und stabil einzustellen. Auch müssen die wechselseitigen Einflussgrößen systematisch dokumentiert,
ausgewertet und gegebenenfalls in Zusammenarbeit mit den Projektpartnern angepasst werden. Die Prozessparameter sollen
hierfür über eine integrierte Messtechnik überwacht werden, welche im Bedarfsfall sowohl einen Eingriff in den
laufenden Prozess als auch die nachgeschaltete Auswertung möglich macht. Im Fokus der Prozessentwicklung steht die
Darstellbarkeit idealerweise beliebiger Schichtzusammensetzungen mit einer entsprechenden Breite an Eigenschaftsprofilen.
Zur optimalen Wahl der Zusammensetzung des ternären Schichtsystems für die jeweilige Anforderung werden durch
entsprechende Prüfverfahren gewonnene Kennwerte dieser Schichtsysteme in ein datenbankbezogenes Software-Tool
hinterlegt. Das Datenbanktool soll industriellen Anwendern eine Auswahl anhand der individuellen Anforderungen an das
Beschichtungssystem ermöglichen. In verschiedenen Branchen, insbesondere in der Luft- und Raumfahrt, bestehende
Anforderungen an Beschichtungssysteme, sollen ermittelt und in das Software-Tool implementiert werden. Hierbei sollen
sowohl implizite (z. B. Alternative zur gebräuchlichen Cadmium-Beschichtung) als auch explizite Anforderungen (z. B.
1000 Stunden Beständigkeit in der Korrosionsprüfung) in die Software eingehen. Die Funktionalität des Datenbanktools
soll außerdem durch bidirektionale Nutzbarkeit erweitert werden und damit sowohl ausgehend von geforderten
Schichteigenschaften als auch einer gegebenen Schichtzusammensetzung anwendbar sein. Damit soll industriellen
Anwendern die Möglichkeit geboten werden, mit dem angestrebten ternären Metall-Mischsystem das
gewünschte Eigenschaftsprofil der Schichten im Hinblick auf Korrosionsschutz, Duktilität und tribologische
Eigenschaften festzulegen. Entsprechende Funktionen des Datenbanktools werden hierbei die Gegenläufigkeit der
übergeordneten Anforderungen an den Korrosionsschutz und die tribologischen Eigenschaften berücksichtigen und
anwendungsspezifische Schichtzusammensetzungen vorschlagen. Eine Einstellung des Eigenschaftsprofils ist somit auf die
jeweilige Anwendung zugeschnitten sowie im Prozess chargenspezifisch entsprechend der Kundenvorgaben realisierbar.
Das Vorhaben wird gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) im Rahmen des Programms
„Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM)“. FKZ: ZF4696403AG9
Partner: Steinbeis Innovationszentrum Werkstoff und Oberflächentechnologie, Unternehmen der Steinbeis Innovation gGmbH (im Folgenden SIZ).
Kontakt:
B+T Unternehmensgruppe
Sigrid Frey
Marketing / Kommunikation
Tel.: 06441 / 7806-0
Mail: s.frey@bt-unternehmensgruppe.de
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