Maßgeschneiderte oxidische und nitridische PVD-Werkstoffverbunde für metallische Werkzeuge in der Stahlformgebung

Die Einführung neuer innovativer Formgebungsverfahren, wie dem Thixoforming von Stahl, ist abhängig von der Verfügbarkeit eines wirtschaftlichen Gesamtproduktionskonzepts. Beginnend von der Vormaterialherstellung über die Erwärmung bis zur Formgebung muss dieses Verfahren prozesssicher und wirtschaftlich beherrschbar sein. Für die Werkzeugtechnik ergibt sich daraus die Forderung nach der Verfügbarkeit von Werkzeugkonzepten mit ökonomischen Standzeiten. Maßgeschneiderte Werkzeugverbundkonzepte, speziell auf die Anforderungen der neuen Formgebungsverfahren angepasst, können dieses leisten. Speziell die Oberflächentechnologie hat einen entscheidenden Einfluss auf die Gesamtperformance des Werkstoffverbundes. Die PVD-Technologie erlaubt es, maßgeschneiderte, anwendungsangepasste Werkstoffverbundlösungen zu realisieren. Ein besonders großes Potential für die Verarbeitung von Stahl besitzen die kristallin-oxidischen PVD-Schichten aufgrund ihrer chemischen, mechanischen und thermischen Eigenschaften. Ein großflächiger Einsatz in der Produktion scheiterte bis heute an fehlendem Anlagenequipment und unzureichendem Prozess-Know-how. Mit der Skalierung der oxidischen Abscheidung auf industrielle Anlagengröße wurde im Rahmen der Arbeit ein Beitrag zur Schließung dieser Wissenslücke geleistet. Die aufgrund ihrer Eigenschaftscharakteristiken interessanten metastabilen Hochtemperaturphasen ?-Al2O3 und ß-ZrO2 können mit der im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Prozessregelung und Prozesstemperaturreduzierung prozesssicher mittels Pulstechnologie auf konventionellen und plasmanitrierten Warmarbeitsstählen, sowie auf der Molybdänlegierung TZM, abgeschieden werden. Die entwickelten Werkstoffverbunde zeigen sowohl in Modelluntersuchungen, aber auch unter industriellen Bedingungen, im Thixoforming von X210CrW12 und im Gesenkschmieden von C45 ihre außerordentliche Leistungsfähigkeit im Hinblick auf Reduzierung des Verschleißes und Steigerung der Standzeit.