Oberflächentechnik von hochbeanspruchten Präzisionskomponenten

01.03.2019 - 28.02.2026
Forschungsförderungsprojekt

Aufgrund eines kontinuierlich steigenden Bedarfs an Mobilität und auch Energie sind der nachhaltige Einsatz von Ressourcen und die Reduktion von Treibhausgasen ein dominierender Aspekt für zukünftige Aktivitäten im Bereich der Wissenschaften und auch Industrie. Um dauerhaft Schadstoff- emissionen zu senken, bedarf es einem komplexen Zusammenspiel diverser Faktoren. Eine wichtige Rolle in diesem vielschichtigen Technologie-Puzzle spielen Materialien und speziell ihre Oberflächen. Die gezielte Verbesserung von Materialeigenschaften durch Oberflächentechnik findet in diversen Industriebereichen Anwendung – Luftfahrt, Transport- und Automobilindustrie, Halbleitertechnik, oder auch Energieerzeugung. Eine Schlüsseltechnologie stellt hier die physikalische Gasphasenab- scheidung (PVD) dar, welche vielseitige Designmöglichkeiten in Bezug auf Schichtwerkstoffe und Architekturen aufweist. Um die Effizienz und Einsatzfähigkeit von hochbelasteten Präzisions- komponenten in verschiedensten Industrieanwendungen zu verbessern, bedarf es der Entwicklung von neuartigen, maßgeschneiderten Dünnschichten. Speziell in stationären und fliegenden Gasturbinen aber auch weiteren energieerzeugenden Anwendungen, stoßen die gut bekannten und erforschten Standardschichten rasch an ihre Grenzen. Dieser Aufgabe stellt sich das geplante Christian Doppler Labor für Oberflächentechnik von hochbeanspruchten Präzisionskomponenten. Aufgrund der Vielzahl von eingesetzten Komponenten bestehend aus unterschiedlichen Materialien wie Verbundwerkstoffen, hochlegierten Stählen, Ni- und Co-Superlegierungen, oder auch intermetallische Hochtemperaturmaterialien ist das Interfacedesign zwischen Schicht und Grundwerkstoff besonders bedeutend. Speziell additiv gefertigte Komponenten eröffnen hier ein neues Feld der Schichtentwicklung, da ihre Oberflächenbeschaffenheit und Mikrostruktur neue Herausforderungen für die Beschichtungstechnik darstellen. Durch die Entwicklung von ultra-hoch- temperatur beständigen Verschleiß- und Erosionsschutzschichten, aber auch korrosionsbeständigen Layern sowie Wärmedämmschichten, soll die Langlebigkeit und Belastbarkeit diverser Präzisions- bauteile gesteigert werden. Das CD-Labor gliedert sich in das Modul, Thin Film Materials Science, welches wiederum aus drei Themenkomplexe (TK) besteht. Jeder Themenbereich widmete sich fokussiert anwendungsbezogenen Funktionalitäten der zu entwickelnden Schichten. Die Exploration neuartiger Schichtwerkstoffe, basierend auf Übergangs-Metallen sowie Keramiken wird durch gezielte Plasmaanalyse während der Synthese sowie verschiedensten atomistischen Simulationsmethoden gestützt. Durch diesen kombinatorischen Ansatz soll der experimentelle Aufwand reduziert werden, und nur gezielt vielversprechende Schichtsysteme experimentell abgeschieden, anwendungsnahe getestet, und charakterisiert werden. TK I (Thermomechanical Wear) widmet sich der systematischen Entwicklung von Beschichtungen mit höchster Phasenstabilität, exzellenter Schadenstoleranz (mechanischer Verformbarkeit bei extremer Härte), sowie hoher Dauerfestigkeit, Erosionswiderstand oder definiertem tribologischen Eigenschaften in verschiedensten Atmosphären. Im TK II (Transport Mechanisms) soll ein grundlegendes Verständnis für Transportmechanismen in dünnen Schichten in Bezug auf Morphologie und Phasenentwicklung unter degradierenden Bedingungen entwickelt werden. Hier sind diffusionsgetriebene Schädigungsmechanismen wie Korrosion und Oxidation im Fokus, wobei hochauflösenden struktur- und chemiesensitive Verfahren wie Atomsondentomo- graphie oder Transmissions-Elektronen Mikroskopie, sowie Nano-Beam-Diffraktion zum Einsatz kommen. TK III (Sustainable Synthesis Processes) soll sich auf Effekte bestimmter Phasen und Legierungen der Targetmaterialen, besonders in der Lichtbogenverdampfung, und der daraus resultierenden Phasen in der Schicht konzentrieren. Eine wichtige Rolle spielen hier die Bildung von Makropartikeln, der Einsatz von intermetallischen Target-Materialien sowie die Effizienz in PVD Prozessen. Durch einen kombinierten Einsatz von computerbasierender Modellierung und modernsten PVD- sowie Charakterisierungs-Methoden, können maßgeschneiderte Schichtmaterialen nachhaltig zu einer Steigerung der Effizienz und Leistung von Präzisionskomponenten führen.

Personen

Projektleiter_in

Institut

Förderungsmittel

  • Christian Doppler Forschungsgesellschaft (CDG) (National) Christian Doppler Forschungsgesellschaft (CDG) Fördergeber Typ Forschungsförderungsinstitutionen

Forschungsschwerpunkte

  • Materials and Matter