Chemo-mechanischer Beschichtungsprozess zur Abscheldung ternärer metallischer Schichten mit anwendungsspezifisch einstellbaren Schichteigenschaften für hochfeste Bauteile (MechP3)


Entwicklung eines Verfahrens zur Herstellung ternärer metallischer Schichten mit anwendungs-spezifisch einstellbaren Schichteigenschaften auf Basis von Mechanical Plating

Bauteile während des Beschichtungsvorgangs, im Kupferflash.



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 Verän-derung 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 wer-den sollen. Durch die unterschiedlichen Einflüsse der einzelnen Metallkonzentrationen auf Korrosi-onsschutz und tribologische Eigenschaften wird damit ein breites Feld möglicher Variationen für die wechselnden Anforderungen für die Beschichtung für unterschiedlichen Einsatzfälle hochfester Bau-teile 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 Anwen-dungsfelder zu erschließen. In der Prozessentwicklung ist es erforderlich, weitgehend einheitliche Ei-genschaften der Metallpartikel bzgl. Morphologie, Größe und Verteilung zu ermitteln und stabil ein-zustellen. Auch müssen die wechselseitigen Einflussgrößen systematisch dokumentiert, ausgewertet und gegebenenfalls in Zusammenarbeit mit den Projektpartnern angepasst werden. Die Prozesspara-meter sollen hierfür über eine integrierte Messtechnik überwacht werden, welche im Bedarfsfall so-wohl einen Eingriff in den laufenden Prozess als auch die nachgeschaltete Auswertung möglich macht. Im Fokus der Prozessentwicklung steht die Darstellbarkeit idealerweise beliebiger Schichtzu-sammensetzungen 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 sol-len sowohl implizite (z. B. Alternative zur gebräuchlichen Cadmium-Beschichtung) als auch explizite Anforderungen (z. B. 1000 Stunden Beständigkeit in der Korrosionsprüfung) in die Software einge-hen. Die Funktionalität des Datenbanktools soll außerdem durch bidirektionale Nutzbarkeit erweitert werden und damit sowohl ausgehend von geforderten Schichteigenschaften als auch einer gegebe-nen 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 Korrosions-schutz, Duktilität und tribologische Eigenschaften festzulegen. Entsprechende Funktionen des Daten-banktools werden hierbei die Gegenläufigkeit der übergeordneten Anforderungen an den Korrosi-onsschutz und die tribologischen Eigenschaften berücksichtigen und anwendungsspezifische Schicht-zusammensetzungen 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.: 0 64 41 / 78 06 0
Mail: s.frey@bt-unternehmensgruppe.de


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