Nanoindenter

• Fachliche Zuordnung: Werkstofftechnik
• Förderung: Förderung in 2009
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 163730308

• Erstellungsjahr: 2013

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Der Lehrstuhl für Werkstofftechnologie (LWT) der Technischen Universität Dortmund untersucht unter dem Leitgedanken von anwendungsorientierter Forschung werkstofftechnologische Konzepte und Lösungsansätze für die Produktionstechnik im Bereich der Oberflächen- und Fügetechnik sowie der Pulvermetallurgie. Die hergestellten Werkstoffsysteme bieten neben fertigungs- und verarbeitungstechnologischen Herausforderungen oft die Schwierigkeit einer präzisen Bestimmung von Werkstoffkennwerten. Besonders im Bereich der physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD), bei der eine präzise Bestimmung von mechanischen Materialkenngrößen in Schichten < 3µm oftmals erforderlich ist, findet der Nanoindenter sein Haupteinsatzgebiet. Als wichtigste kooperative Forschungsprojekte, bei denen das genehmigte Großgerät zum Einsatz kommt, sind in diesem Zusammenhang der SFB 708, der SFB/TR 30 und der SFB/TR 73 anzuführen. Die Möglichkeiten der detaillierten Bestimmung von Härte, Elastizitätsmodul und der Bildung des Verhältnisses von H³/E² haben entscheidend dazu beigetragen die Forschungsaktivitäten und die Leistungsfähigkeit der abgeschiedenen Schichten zu verbessern. Dies umfasst sowohl die Charakterisierungsmöglichkeit von funktional-gradierten Schichtsystemen im SFB/TR 30 als auch die Untersuchung von keramischen Verschleißschutzschichten auf bionisch strukturierten Oberflächen zur Umformung von hochfesten Materialien. Überdies hinaus wurden Untersuchungen von DLC-Schichtsystemen (Diamant Like Carbon), unterschiedliche Schichtarchitekturen und -designs (Mono- und Multilayer, gradierte Schichtsysteme) sowie die Prüfung von selbstheilenden Schichtsystemen (Shape-memory-effekt) bezüglich der mechanischen Eigenschaften durchgeführt. Auf Grund der Möglichkeit zur präzisen Schichtcharakterisierung mittels des Nanoindenters konnte im Rahmen des SFB/TR 30 zusätzlich drei jungen Wissenschaftlern in Form von Kurzzeitstipendien die Möglichkeit gegeben werden ergänzende Forschungsaktivitäten nach zu gehen. Zusätzlich zur Charakterisierung von PVD-Schichtsystemen wurde der Nanoindenter im Rahmen des SFB 708 in verschiedenen Teilprojekten zur Analyse von thermisch gespritzten Schichtsystemen verwendet. Neben Anwendungen in kooperativen Projekten der Oberflächentechnik wurde das Gerät zusätzlich für zahlreiche anderen Anwendungsgebiete eingesetzt. Dies beinhaltet die Ermittlung von Sprödphasen, die Bestimmung von Diffusionszonen in Löt- und Schweißverbindungen sowie die Analyse der Temperaturabhängigkeit mechanischer Material- und Schichteigenschaften. Des Weiteren wurde das Messinstrument für diverse Voruntersuchungen zur Einwerbung weiterer Drittmittel und dem Anstoß neuer Forschungsideen verwendet.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Development and Tribological Investigation of the Coating System Chromium Carbonitride (CrCN) to Different Surface Designs. Journal of Materials Science and Engineering, Vol. 2, Nr. 4, 2012, ISSN 2161-6221, p. 223 -239
  Tillmann, W., J. Herper and I. Laemmerhirt
  
• Influence of multilayer designs on their residual stresses and mechanical properties. Conference Proceedings IC-MTCF 2010, San Diego, 26.-30. 04. 2010
  Tillmann, W., E. Vogli, U. Selvadurai-Laßl, G. Fischer and J. Herper
  
• Influence of substrate nitriding on adhesion, friction and wear resistance of DLC (diamond-like carbon)-coatings. Key Engineering Materials, Vol. 438 (2010), Trans Tech Publications, Switzerland, ISSN 1662-9795, p. 211 - 218
  Tillmann, W., E. Vogli, F. Hoffman and P. Kemdem
  
• Nanostructured bionic PVD-coatings for forming tools. Key Engineering Materials, Vol. 438 (2010), Trans Tech Publications, Switzerland, ISSN 1662-9795, p.41 - 48
  Tillmann, W., E. Vogli, J. Herper and M. Haase
  
• Röntgenographische Eigenspannungsermittlung am Beispiel von PVD-Multilayer-Beschichtungen. Materialwissenschaft und Werkstofftechnik, 2010, 41, No 6, Wiley-VCH-Verlag, Weinheim, ISSN 0933-5137, p. 482 - 488
  Tillmann, W., U. Selvadurai-Laßl, E. Vogli, G. Fischer und F. Hoffmann
  
• Hydrogen Quantification of Magnetron Sputtered Hydrogenated Amorphous Carbon (a-C:H) Coatings Produced at Various Bias Voltage and Their Tribological Behavior Under Different Humidity Levels. Surface Coatings and Technology, Vol 206, No 7 (2011), ISSN 0257-8972 Elsevier, p. 1705 - 1710
  Tillmann, W., F. Hoffmann, S. Momeni and R. Heller
  
• Influence of Ti/TiAlN-multilayer designs on their residual stresses and mechanical properties. Applied Surface Science, (2011), Elsevier B. V., Netherlands, ISSN 0169-4332, p. 8550 - 8557
  Tillmann, W., E. Vogli, U. Selvadurai-Lassl, G. Fischer and J. Herper
  
• Sliding wear Behavior of DLC coatings deposited on plasma nitrided steels. International Journal of Materials Research, 102 (2011) 8, ISSN 1862-5282, Carl Hanser Verlag, München, p. 1007 - 1013
  Tillmann, W., S. Momeni and F. Hoffmann
  
• Tribologische Dünnschichten für die Blechmassivumformung. 1. Workshop „Blechmassivumformung“, 14. 10. 2011, Erlangen, Meisenbach, Bamberg, ISBN 978-3-87525-321-4, S. 139 - 158
  Tillmann, W., J. Herper, H. Hetzner und S. Tremmel
  
• Umformwerkzeuge in der Blechmassivumformung. 1. Workshop „Blechmassivumformung“, 14. 10. 2011, Erlangen, Meisenbach, Bamberg, ISBN 978-3-87525-321-4, S. 119 - 138
  Tillmann, W., J. Herper, D. Biermann, M. Merklein, U. Engel, T. Surmann, R. Hense, J. Koch, E. Krebs und U. Vierzigmann
  
• Einsatz und Entwicklung von PVD-Supernitridschichten in der Zerspantechnik. Spanende Fertigung, D. Biermann (Hrsg.), 2012, VulkanVerlag GmbH, Essen, ISBN 978-3-8027-2965-2, S. 200 -209
  Tillmann, W., F. Hoffmann und T. Sprute
  
• Improved tool surfaces for incremental bulk forming processes of sheet metals. Key Engineering Materials, Vol. 504 - 506 (2012), Trans Tech Publications Switzerland, pp. 975 - 980
  Tillmann, W., J. Herper, A. E. Tekkaya, L. Kwiatkowski, P. Sieczkarek, D. Biermann and E. Krebs
  
• A Study of Mechanical and Tribological Properties of Self-Lubricating TiAlVN Coatings at Elevated Temperatures. Tribology International, Elsevier, p. 324 - 329
  Tillmann, W., S, Momeni and F. Hoffmann
  
• Influence of Bias Voltage on Residual Stresses and Tribological Properties of TiAlVN-Coatings at Elevated Temperatures. Surface and Coatings Technology, Elsevier B. V., 231 (2013), ISSN: 0257-8972, p. 122 -125
  Tillmann, W., T. Sprute, F. Hoffmann, Y. Chang, and Ch. Tsai
  
• Measurement of the Young’s Modulus of Thermal Sprayed Coatings by Means of Several Methods. Journal of Thermal Spray Technology, Vol. 22, (2-3) March 2013, ISSN 1059-9630, ASM International, Springer Verlag, p. 290 - 298
  Tillmann, W., U. Selvadurai-Laßl and W. Luo
  
• The Influence of Bias Voltage on Tribological Behavior and Residual Stresses of Cr/CrAlN Multilayer Systems. China Surface Engineering, Vol. 26, No. 3, 06/2013, Beijing, ISSN 10079289.2012.04.01. p. 1-9
  Tillmann, W., F. Hoffmann, U. Selvadurai and T. Sprute
  
• Tribological comparison of different surface topographies coated with chromium aluminium nitride. Materialwissenschaft und Werkstofftechnik, Vol. 44, 8/2013, Wiley-VCH, Weinheim, ISSN 0933-5137, p.730-735
  Tilllmann, W., J. Herper and I.-A. Laemmerhirt
  
• The influence of multilayer design on residual stresses gradients in Ti/TiAlN systems. Materials Science Forum, Vols. 768-769 (2014), TransTech Publications, Switzerland, ISBN-13: 978-3-03785-849-3, p. 264-271
  Tillmann, W., U. Selvadurai, G. Fischer, T. Sprute and F. Hoffmann