Wolframdotierte wasserstoffhaltige amorphe Kohlenstoffschichten (a-C:H:W) für die schmierstofffreie inkrementelle Kaltmassivumformung

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Die Umstellung auf eine schmierstofffreie Prozessführung in der Umformtechnik bietet erhebliche wirtschaftliche und ökologische Vorteile. Die Substitution primärer Schmierstofffunktionen erfordert einen interdisziplinären Entwicklungsansatz und ein tiefes Verständnis der veränderten Betriebsbedingungen. Durch das lokale Einbringen mehrskaliger Werkzeugstrukturen in der Umformzone können Prozesskräfte gesenkt und die Werkstückqualität verbessert werden. Diese Funktionselemente unterliegen im Festkörperkontakt hohen thermo-mechanischen Belastungen, was zusätzliche Verschleißschutzmaßnahmen notwendig macht. Wasserstoffhaltige amorphe Kohlenstoffschichten (a-C: H) stellen einen vielversprechenden Ansatz dar, um Reibung und Kaltverschweißungen signifikant zu reduzieren. In dieser Arbeit werden a-C: H-Schichten mittels reaktivem Magnetron-Sputtern für makro- und mikrostrukturierte Werkzeugfunktionsflächen entwickelt, insbesondere im Vorschubrundknetverfahren. Eine Herausforderung ist der stoßende Charakter, auf den a-C: H-Schichten empfindlich reagieren. Zur Verbesserung der Stoßverschleißbeständigkeit wird die amorphe Kohlenstoffmatrix in der Zwischenschicht mit Wolfram dotiert (a-C: H: W). Ein 2-stufiger systematischer Entwicklungsansatz, basierend auf statistischer Versuchsplanung, wird gewählt, um die chemischen, mechanischen und tribologischen Eigenschaften der Schichtsysteme in Abhängigkeit von verschiedenen PVD-Prozessparamet