Unausgeschöpftes Potenzial auf dem Gebiet neuer Beschichtungen anzapfen
Beschichtungen sind überall in der Industrie im Einsatz, um durch reduzierten Angriff durch Korrosion oder verminderte Befeuchtung (Ausbreitung einer Flüssigkeit auf einer Oberfläche, wie etwa bei Wasser auf einer Windschutzscheibe) über gesteigerte Festigkeit und geringeren Verschleiß die Leistungsfähigkeit zu erhöhen. Komplexe Metalllegierungen (Complex metal alloy, CMA) bilden die Grundlage einer neuen Klasse von Beschichtungen, deren Potenzial aufgrund technischer Probleme mit dem Beschichtungsprozess bisher noch ungenutzt blieb. Komplexe Metalllegierungen sind eine große Familie von entweder aus metallischen Elementen oder Gemischen aus Metallen mit anderen Elementen bestehenden Verbindungen. Sie formen Kristallstrukturen mit einer außergewöhnlich hohen Anzahl von Atomen pro Kristalleinheit. Im Gegensatz zu Salz, das nur zwei Atome pro Einheitszelle (Natriumchlorid) hat, können komplexe Metalllegierungen tausende Atome pro Einheit aufweisen, wodurch ungewöhnliche physikalische Eigenschaften entstehen. Die aus 16 Atomen pro Einheit bestehend komplexe Metalllegierung Aluminiummagnesiumborid (AlMgB14) verfügt über Festigkeitseigenschaften, die nur mit denen von Diamant zu vergleichen sind. Europäische Wissenschaftler haben sich nun der Entwicklung von Beschichtungsverfahren gewidmet, um auf das Potenzial der komplexen Metalllegierungen als Grundlage von Beschichtungen für Bearbeitungsmaschinen und Formen sowie benetzungsresistente Beschichtungen für Flugzeugfahrwerke zurückzugreifen. Die EU-Finanzmittel des Projekts APPLICMA (Development of wear resistant coatings based on complex metallic alloys for functional applications) ermöglichten den Wissenschaftlern, die mit dem Einsatz von komplexen Metalllegierungen für Beschichtungen verbundene Barriere der Bearbeitung zu umgehen. Die Wissenschaftler begannen mit Versuchen an CMA-Proben und konzentrierten sich im Folgenden auf die vielversprechendste komplexe Metalllegierung für den der Beschichtung dienenden Abscheidungsprozess (physikalische Gasphasenabscheidung, Physical Vapour Deposition). Nach Prozessoptimierung stellten die Wissenschaftler Demonstratoren her, beschichteten sie und führten Versuche durch, um die Werkzeuge zu vergleichen, die unter Einsatz konventioneller Methoden und unbeschichteter Werkzeuge beschichtet wurden. Zu den Demonstrationsobjekten zählten Bohrer, Fräser, Wendeschneidplatten, Matrizen, Formen, Schrauben und ein Original-Flugzeugfahrwerkteil. Neben der Entwicklung der Vorführobjekte führten die Forscher detaillierte Untersuchungen zur elektronischen Struktur, Rauheit, Dicke und Mikrohärte der CMA-Beschichtungen durch. Schwerpunkte war außerdem, die grundlegenden Mechanismen der Phasenübergänge im Herstellungsprozess der anvisierten Beschichtungen aufzudecken, und zu erkunden, wie Reibung und Verschleiß im Umformprozess zu minimieren sind. Der Bedarf an Hochleistungswerkstoffen mit hoher Beständigkeit und Lebensdauer für Anwendungen im Makrobereich ist hoch. APPLICMA führte den kompletten Beschichtungsprozess ein und stellte legierte Targets zur Verfügung, die mit konventionellen Beschichtungsprozessen in typischen Industrieablagen kompatibel sind.
Schlüsselbegriffe
Beschichtungen, Werkzeuge, Fertigung, komplexen Metalllegierungen, Flugzeugfahrwerke, APPLICMA
