Oberflächen für mehr Funktionalität und Leistungsfähigkeit

Tribologie und Oberflächendesign

Beanspruchungen in Fertigungsprozessen oder im Einsatz greifen häufig an den Oberflächen von Bauteilen an. Zudem können Oberflächen die Funktionalität eines technischen Systems bestimmen. Das Fraunhofer IWM verfügt über fundiertes Know-how sowie Methoden und Verfahren, um die Oberflächen von Bauteilen und Komponenten hinsichtlich der jeweils geforderten Eigenschaften einzustellen, beispielsweise für einen niedrigen Reibwert, eine bestimmte Oberflächenenergie oder eine gewünschte optische Anmutung.

Am Anfang einer kundenspezifischen Entwicklung steht meist die Aufklärung oberflächenbedingter Versagensmechanismen mithilfe moderner Versuchsstände oder der Aufbau völlig neuer Analysemethoden zur Oberflächencharakterisierung. Die Anwendung spezieller Simulationsverfahren unterstützt bei der Interpretation der experimentellen Beobachtungen, der Bewertung von Schadensfällen und verkürzt so die Zeiten für nachfolgende Schicht- und Verfahrensentwicklungen. Diese beinhalten leistungsfähige Beschichtungstechnologien sowie gezielte Randschichtmodifikationen und neue Bearbeitungsverfahren.

Das Fraunhofer IWM untersucht unterschiedlichste Fragestellungen, beispielsweise aus dem Bereich der Lagerherstellung, um möglichst schnell stabile Reibungsverhältnisse zu erreichen, Notlaufeigenschaften sicherzustellen oder eine möglichst lange Lebensdauer zu erreichen. Im Anlagen- und Maschinenbau beantwortet das Fraunhofer IWM Fragen nach Korrosionsmechanismen, Wirkungsgradverbesserungen sowie der Möglichkeit von Materialpaarungen. Für die Spritzguss- und Optikherstellung werden Verfahren zur schadensfreien Entformung entwickelt, online-Temperaturmessungen für Formwerkzeuge oder Oberflächen für Formgebungswerkzeuge, die gewünschte Bauteiloberflächeneigenschaften realisieren können. Neben der Qualifizierung von Schichten entwickelt das Fraunhofer IWM Beschichtungsmethoden zur gezielten Einstellung gewünschter Schichteigenschaften wie Oberflächentopografie und Mikrostruktur.

 

Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IWM

Funktionalisierung von Oberflächen

Charakterisierung und Steuerung von Verschleiß , Benetzungsverhalten, optischer Anmutung, Glanzgrad oder Haptik von Bauteiloberflächen

 

Charakterisierung der Kontur und Topografie von Oberflächen:

Rasterkraftmikroskop AFM
Rasterelektronenmikroskop REM
Profilometer und Rauheitsmesseinrichtungen
Lichtmikroskope
Konfokal-Laserscanningmikroskop CLSM
Weißlichtinterferometer WLI
Interferometer mit Phasenschieber

Bestimmung der Oberflächenleitfähigkeit und wellenlängenabhängige Messung von Reflexion, Transmission und Farbe:

Hochohm-Widerstandsmessgerät
4-Punkt-Widerstandsmessung
Glasfaserspektrometer
Wellenfrontmessplatz

Beschichtung und Plasmabehandlung von Oberflächen mit verschiedenen Verfahren:

reaktives Magnetron-Sputtern (HF, DC, Puls-DC)
Ionenstrahltechniken
Elektronenstrahlverdampfer
PECVD-Anlagen
Plasmaätzer

nach oben

Chemisch-mechanische Eigenschaften

Bewertung, Anpassung und Optimierung der Korrosionsstabilität, Adhäsion, Katalyse, Materialverträglichkeit, Diffusivität von Bauteiloberflächen

 

Bestimmung der chemisch-strukturellen Zusammensetzung von Oberflächen und Schichten, ortsaufgelöst und tiefenabhängig sowie Phasenanalysen:

konfokales Raman-Mikroskop
FTIR-Spektrometer
ICP-OES Optisches Emissionsspektroskop
Glimmentladungsspektrometer GDOES
Energiedispersives Röntgenspektroskop EDX
Röntgenphotoelektronenspektroskop XPS
Quadropolmassenspektrometer

Messung von Oberflächenenergien und Kontaktverhalten:

Prüfstände für Glas- und Kunststoffkontakt
Kontaktwinkelmessgerät mit Temperaturmesszelle

Direkte Messung des Korrosionsverhaltens:

Atlas-Zellen-Prüfstand (cold wall effect)
Hochspannungsporenprüfgerät Elcometer 266
Prüfstand für elektrochemisches Rauschen
Elektrolysezelle zur Messung der Wasserstoffdiffusion
Prüfstand zur Korrosion in heißen Salzschmelzen

Anwendungsspezifische Konditionierung von Oberflächen:

Beschichtungen
Strahlprozesse (Metalle, Keramiken)
Wärmebehandlungsverfahren

nach oben

Mechanische Eigenschaften

Optimierung von Tribopaarungen, Bestimmung von Reibwert, Verschleißbeständigkeit, Notlaufeigenschaften, Schmierstoffstabilität, Frettingverhalten von Bauteilen im Einsatz

 

Bestimmung des tribologischen Verhaltens mit anwendungsspezifischen Tribo-Prüfständen:

Kolbenring-Liner Simulator mit Radionuklid-Technologie RNT
Stift-Scheibe-Tribometer mit RN-T Technologie
Gleitlager- und Komponentenprüfstand mit RN-T
Stift-Scheibe-, Wälzverschleiß- und Kugellagerprüfstände
Oszillierende Gleitverschleißprüfeinrichtung
Mikrotribometer
Tribokorrosionsprüfstand
Hysitron Triboindenter TI 950
Oberflächentester Tetra BASALT MUST, BASALT HOMAT
selbstentwickelte UHV Mikrotribometer und Multiskalentribometer
Eistribometer
Rheometer
Motorenprüfstand

Bestimmung der mechanische Eigenschaften von Randschichten und Beschichtungen wie Schichtdicke, Härte, Haftung, Eigenspannungen und E-Modul:

Schichtdickenmessung (Wirbelstrom, Magnetinduktiv)
ScanningScratchTest SST
Abreißtest
Nanoindenter
Rockwell-Eindruck, Kugeleindruck
Scratch
Zygo-Interferometer zur Verwölbungsmessung
Kugelschlag-Test
Mikromechanik-Prüfstand

nach oben

Beschichtung und Konditionierung von Oberflächen

Verfahren zur Erarbeitung und Aufbringung anwendungsspezifischer Beschichtungen, ggf. in Kombination mit geeigneten Oberflächenkonditionierungen:

Reaktives Magnetron-Sputtern (HF, DC, Puls-DC) mit HF-Substratbiasing
Ionenstrahltechniken
Elektronenstrahlverdampfer
PECVD-Anlagen
Plasma-CVD-Beschichtungsanlagen CCP/ICP
Mehrkammerbeschichtungsanlage für Multilagenbeschichtungen und Hybridschichten
Plasmaätzanlagen
Nasschemische Beschichtungsanlagen (Spin-Coating, Rakelbeschichtung, Tauchbeschichtung)
Ionenätzanlage zur Probenpräparation und Oberflächenbearbeitung
Ultra-Präzisionsdreh-, -schleif und -fräsmaschine zur Diamantbearbeitung von Formgebungswerkzeugen
Kugelstrahlanlagen zur Verfestigung und Strukturierung von Oberflächen

nach oben