Nanokompositmaterialien für neuartige Beschichtungen
Durch fehlerhafte Bauteile erhöht sich das Ausfallrisiko. Daher stellt die Herstellung von fehlerlosen Bauteilen mit komplizierter Geometrie, die bei geringen Herstellungskosten gleichzeitig eine hohe Zuverlässigkeit aufweisen, für die Fahrzeugindustrie eine besondere Herausforderung dar. Im Rahmen des PM-MACH-Projekts wurde untersucht, inwiefern es bei pulvermetallurgischen Fertigungsverfahren möglich ist, die Bearbeitungskosten zu senken. Um die endkonturnahe Formgebung im Rahmen von pulvermetallurgischen Fertigungsprozessen zu optimieren, wurden die Formteile aus einer speziellen Mischung von Metallpulvern hergestellt. Hierbei handelt es sich, neben der Minimierung der Prozesszeit, die von den Projektpartnern ebenfalls behandelt wurde, um einen der wichtigsten Wettbewerbsfaktoren. Bei der Pulvermetallurgie wird zuerst eine Mischung von verschiedenen Metallpulvern zusammen mit geeigneten organischen presserleichternden Zusätzen durch einen speziellen Stempel zusammengepresst, der das Pulver in die gewünschte Form bringt. Das gepresste Pulver wird dann unter einer Schutzatmosphäre auf eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunkts des Materials erhitzt, wodurch sich die einzelnen Pulverteilchen miteinander verbinden. Durch Sintern wird den einzelnen Bauteilen die nötige Härte für die beabsichtigte Verwendung verliehen. Im Anschluss an das Sintern ist jedoch eine behutsame und kostenintensive zerspanende Bearbeitung erforderlich. Die Projektpartner wie die Platit AG aus der Schweiz konzentrierten sich auf die Entwicklung einer Nanokompositbeschichtung, mit der es möglich ist, während der Grünzerspanung eines Bauteils eine Wärme- und Abriebsfestigkeit zu erzielen. Um die Schichteigenschaften dem gewünschten Anwendungsgebiet anzupassen, haben die Wissenschaftler in den Labors der Platit AG das herkömmliche Verfahren der physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD, Physical Vapour Deposition) weiterentwickelt. Da sehr verschiedene Materialien abgeschieden wurden, erfolgte keine vollständige Durchmischung der Schichtkomponenten wie Chrom (Cr) und Aluminium (Al) mit Silizium (Si). Anstelle wurden nanokristalline Chromaluminiumnitridkörner (CrAlN) in eine amorphe Siliziumnitridmatrix (SiNx) eingebettet. Dank der höheren Härte und des vergrößerten Reibwiderstands konnte nachgewiesen werden, dass sich Schichten mit Nanokompositstruktur auch im Vergleich mit Schichten hoher Dicke, die im CVD-Verfahren (chemische Gasphasenabscheidung) abgeschieden wurden, behaupten können. Diese Beschichtungen stehen für industrielle Anwendungen im Bereich der formgebenden Bearbeitung unter dem geschützten Markennamen nACVIc® zur Verfügung.
