DFG Schtein – Entwicklung PVD-beschichteter Werkzeuge aus Gestein

Die Herstellung von konventionellen Schneidstoffen, wie Hartmetallen, benötigen kritische Rohstoffe wie Kobalt und Wolfram. Um die Abhängigkeit von diesen Elementen zu reduzieren und ethische und versorgungspolitische Risiken zu minimieren, muss die Schneidstoffpalette erweitert werden. Schneidstoffe müssen Härte, Warmfestigkeit und Zähigkeit vereinen; in der Praxis sind Kompromisse nötig. Kaum betrachtet werden hier Gesteine. Das Potential von hochsiliziumhaltigen Gesteinen als Schneidstoffe für Kunststoffe und Aluminium-Legierungen konnte wir bereits zeigen (DFG-Projekt: Herstellung und Einsatzverhalten von Zerspanwerkzeugen aus Gesteinen). Die Kombination des Schneidstoffs Gestein mit moderner PVD-Beschichtung kann die Einsatzfähigkeit erhöhen und das etablierte Schneidstoffspektrum ökologisch erweitern.

Zielsetzung 

Die Herstellung von konventionellen Schneidstoffen wie Hartmetall benötigt ökologisch und ökonomisch bedenkliche Rohstoffe, Wolfram und Kobalt, durch eine Erweiterung des Schneidstoffspektrums kann die Abhängigkeit von diesen Materialien reduziert werden. Potential bieten hier natürlich vorkommende Gesteine. Durch PVD-Beschichtungen könnte ihre Einsatzfähigkeit gesteigert werden. Der Einfluss von mechanischen und chemischen Schichtvorbehandlungsverfahren auf die Randzone, die Beschichtbarkeit und Schichthaftung wird anhand von ausgewählten Steinen untersucht. Mit Hilfe dieses Verständnisses ist es anschließend möglich, geeignete Beschichtungssysteme für Gesteine zu ermitteln. Die Wirkmechanismen der Schichthaftung auf Basis von Schichteigenspannung und Schichtmorphologie werden erforscht. Abschließend werden beschichtete Gesteinswerkzeuge beim Drehen von Aluminiumlegierung eingesetzt und anhand einer Verschleißanalyse die Schichtversagensmechanismen charakterisiert.

Vorteile 

• Erweiterung der Produktpalette von Schneidstoffen
• Energie-effizienter Schneidstoffe mit hoher Verfügbarkeit
• ökologisch und ökonomisch nachhaltige Schneidstoffe

Vorgehen

Im DFG-Projekt „Schtein – Entwicklung PVD-beschichteter Werkzeuge aus Gestein“ entwickeln und erforschen wir gemeinsam mit der TU Dortmund die Beschichtbarkeit von Schneidwerkzeugen aus Gestein. Fokus ist der Einfluss von mechanischen und chemischen Schichtvorbehandlungsverfahren auf die Randzone, die Beschichtbarkeit und Schichthaftung. Abschließend werden beschichtete Gesteinswerkzeuge beim Drehen von Aluminiumlegierung eingesetzt und anhand einer Verschleißanalyse die Schichtversagensmechanismen charakterisiert.

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