Von M. Prieske1) und F. Vollertsen1,2), BIAS, Bremen
Aus ökologischen und ökonomischen Gründen besteht ein gesteigertes Interesse an der Realisierung einer schmierstofffreien Umformtechnik. In speziellen Anwendungsbereichen ist eine trockene Umformung zwingend notwendig, wie beispielsweise bei der Fertigung von Überseekabeln, wo Schmierstoffrückstände zu einer Kurzschlussgefahr führen. Um zu prüfen, welche Oberflächenbeschichtungen für die trockene Umformung von Aluminium geeignet sind, wurden oszillierende Kugel-Platte-Tribometertests im schmierstofffreien Kontakt mit einer Aluminiumkugel (EN AW 5083) durchgeführt. Als Referenzplatte wurde polierter Stahl verwendet und die Ergebnisse mit denen von kohlenstoffhaltigen Beschichtungen verglichen und zwar einer wasserstoffhaltigen amorphen Kohlenstoffbeschichtung sowie einer polykristallinen CVD-Diamantbeschichtung. Die unterschiedlichen Oberflächen sind in Abbildung 1 gezeigt.
Abb. 1: Im Tribometertest geprüfte Beschichtungen in der direkten Ansicht (Foto der Beschichtung mit Spiegelung des Institutslogos (spiegelverkehrt auf Papier gedruckt); oben) sowie in der Ansicht mittels Rasterelektronenmikroskopie (untere Bildreihe)
Um im Tribometertest den Verschleiß der Beschichtung zu provozieren, wurde eine hohe Anzahl von 99.900 Zyklen eingestellt, mit einer Hertzschen Pressung von etwa 700 MPa und einer Geschwindigkeit von 50 mm/s. Der als Referenz dienende, unbeschichtete Werkzeugstahl wurde unter geschmierten und unter trockenen Bedingungen geprüft. Sowohl die Reibzahl als auch die Verschleißrate der Platte und der Aluminiumkugel werden durch die Anwendung von Schmierstoff deutlich gesenkt, wie in Abbildung 2 bis Abbildung 4 zu sehen ist.
Abb. 2: Mittlere Reibzahl jeweils über die ersten, mittleren und letzten 9000 Zyklen des Tribometertests
Abb. 3: Mittlere Verschleißrate der Platte
Nach einer Einlaufphase zeigt die Reibzahl unter geschmierten Bedingungen mit Abstand den niedrigsten Wert. Bei einem Vergleich der Verschleißraten (Abb. 3 und 4) führt allerdings die polierte CVD-Diamantbeschichtung sowohl bei der Platte als auch bei der Aluminiumkugel zu der niedrigsten Verschleißrate. Des Weiteren konnten auf der polierten Diamantbeschichtung keine Aluminiumadhäsionen detektiert werden.
Abb. 4: Mittlere Verschleißrate der Aluminiumkugel
Die Ergebnisse zeigen, dass polierte polykristalline CVD-Diamantbeschichtungen äußerst vielversprechend sind, um die trockene Umformung von Aluminiumwerkstücken bei gleichzeitig langer Lebensdauer des Werkzeugs zu realisieren.
Hinweis
Details und Ergebnisse der schmierstofffreien Untersuchungen wurden in der Surface and Coatings Technology veröffentlicht. Die DOI des Artikels lautet https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2018.10.103. Bis zum 3. Januar 2019 steht die Veröffentlichung unter dem folgenden Link zum kostenfreien Download zur Verfügung:
https://authors.elsevier.com/a/1Y37dwevW5WUg.
Danksagung
Die Autoren bedanken sich bei der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) für die Förderung des Projektes Polierte Diamantbeschichtungen zum Verjüngen von Aluminium (Projektnummer: 390771352) im Rahmen des Schwerpunktprogramms SPP1676 zum Thema Trockenumformen – Nachhaltige Produktion durch Trockenbearbeitung in der Umformtechnik.
Kontakt
1) BIAS - Bremer Institut für angewandte Strahltechnik GmbH, Klagenfurter Straße 5, D-28359 Bremen; M. Prieske: E-Mail: prieske@bias.de, Tel.: +49 421 21858113, Fax: +49 421 21858063
2) Uni Bremen, Bibliothekstraße 1, D-28359 Bremen
