Neues IGF-Projekt „Verbesserte HPPMS-Prozessführung durch einen nachgelagerten positiven Biaspuls“ gestartet.

01.07.2024 – 30.06.2026 | Förderkennzeichen: 01 | F23226 N | Vorhaben der Industrielle Gemeinschaftsforschung (IGF)

Die Neuentwicklung von Werkstoffen sowie steigende Anforderungen an die Produktivität in der spanenden Fertigung stellen hohe Anforderungen an Werkzeuge für die Hochleistungszerspanung. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, können mittels der physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) wenige Mikrometer dünne Beschichtungen auf die Werkzeuge aufgebracht werden. Trotz der vergleichsweisen geringen Dicke dieser Beschichtungen, können hierdurch enorme Produktivitäts-steigerungen erzielt werden. Die Auslegung dieser Beschichtungen ist jedoch äußerst herausfordernd. Eine besondere Bedeutung bei der Prozessentwicklung kommt den Eigenspannungen zu.

Bei industriellen Sputterprozessen, wie dem High Power Pulsed Magnetron Sputtering (HPPMS), werden Prozessgase, wie Argon, verwendet, um aus einem Targetmaterial Atome bzw. Ionen des schichtbildenden Werkstoffs herauszulösen. Neben dem Target treffen die teils hochenergetischen Argonionen ebenfalls durch die angelegte Biasspannung auf die aufwachsende Beschichtung auf. Hierdurch kommt es zur Implantation dieser Ionen in die Beschichtung und somit einer Beeinflussung der Eigenspannungen. Dies kann sich auf die mechanischen Eigenschaften und somit die Zerspanleistung der Werkzeuge auswirken. Während der Pulszeit eines HPPMS-Prozesses ändert sich die Konzentration der Argonionen im Beschichtungsplasma. Im beantragten Forschungsvorhaben wird ein positiver Biaspuls derart mit dem HPPMS-Kathodenpuls synchronisiert, dass die Argonimplantation und somit der Eigenspannungszustand kontrolliert werden kann. Um den Einfluss des positiven Biaspulses auf die Plasmaeigenschaften wie die Zusammensetzung des Beschichtungsplasmas und die Ionenenergie zu analysieren, kommen die Plasmadiagnostiken optische Emissionsspektroskopie, Massenspektrometrie sowie Gegenfeldanalyse zum Einsatz. Die Ergebnisse der Plasmaanalysen werden mit den Schichteigenschaften der Beschichtung, wie beispielsweise den Eigenspannungen und der chemischen Zusammensetzung, korreliert. Durch das Forschungsvorhaben wird die konventionelle HPPMS-Prozessführung erweitert, um die Zerspanleistung von Werkzeugen durch die Einstellung des Eigenspannungszustandes zu erhöhen. Somit profitieren von den Ergebnissen KMU im Bereich von industriellen Stromversorgungen, PVD-Anlagenhersteller, Hersteller von Plasmadiagnostiken sowie von Zerspanwerkzeugen. Dieses Forschungsprojekt wird am Institut für Oberflächentechnik (IOT), RWTH Aachen University bearbeitet.

Forschungsvereinigung: Europäische Forschungsgesellschaft Dünne Schichten e. V.

Das Projekt „Verbesserte HPPMS-Prozessführung durch einen nachgelagerten positiven Biaspuls“ wird im Rahmen des Programms „Industrielle Gemeinschaftsforschung IGF)“ durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Aktuelle Forschungsergebnisse rund um das Thema tribologische Beschichtungen für den Werkzeugbau und HPPMS sowie eine große Industrieausstellung mit kompetenten Partnern finden Sie auch auf der PSE2024 vom 02. – 05. September 2024 in der Messe Erfurt.

Hier finden Sie weitere Informationen: www.pse-conferences.net

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