Quantenmechanische Auslegung und Evaluation von Edelmetallbeschichtungen zur Vermeidung von Glasanhaftungen während eines isothermen Formgebungsprozesses

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Fritz Klocke; Professor Jochen M. Schneider, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren ; Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 285743263

Beim isothermen Glaspressprozess Präzisionsblankpressen werden beschichtete Formwerkzeuge einem dynamischen Kollektiv aus Druck- und Reibbelastungen zwischen Glas und Beschichtung ausgesetzt. Infolgedessen zeigen sich an den häufig verwendeten Edelmetall-Beschichtungen charakteristische Glasanhaftungen, deren Entstehungsursachen derzeit nicht verstanden sind. Daher derzeit ist kein Ansatz für eine wissensbasierte Verminderung der Verschleißausprägung durch eine gezielte Anpassung der Beschichtung verfügbar. Die bisher durchgeführten, zeit-, material- und kostenaufwändigen heuristischen Ansätze zur Schichtoptimierung führten nicht zu relevanten Erfolgen in Bezug auf die Vermeidung von Glasanhaftungen. Es ist jedoch bekannt, dass die gegenseitige Abstimmung von Haft- und Deckschicht der Gesamtbeschichtungssystems maßgeblichen Einfluss auf die Stabilität der Schicht bzw. die Standzeit der Formwerkzeuge hat. Die quantenmechanisch-geführten Modellierung der Grenzfläche zur Untersuchung der Anhaftungsstärke zwischen Beschichtungen und Polymeren zeigte zudem einen vielversprechenden Ansatz auf, die Stärke der Glasanhaftungen für das vorliegende Problem für verschiedene Beschichtungen zu bewerten. Ziel des beantragten Vorhabens ist daher die grundlegende Untersuchung und quantenmechanische Modellierung der Ursachen für Glasanhaftungen an den Edelmetallbeschichtungen unter typischen Prozessbedingungen. Im Rahmen des Vorhabens sollen die grundlegenden Mechanismen der Glasanhaftungen mithilfe einer quantenmechanischen Beschreibung der Interaktion zwischen Edelmetall-Beschichtung und einem ausgewählten Glas (B270; Hersteller: Schott) auf der atomaren Skala identifiziert werden. Auf Basis dieser Interaktionsbeschreibung werden alternative Schichtzusammensetzungen vorhergesagt. Schichtalternativen bzw. die Vorhersagen des Modells werden experimentell evaluiert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen