Untersuchung von gradierten Multilayerschichten auf Umformwerkzeugen mittels der optisch angeregten Lock-In Thermographie

摘要

Hochbeanspruchte Umformwerkzeuge werden zunehmend mit Verschleissschutzschichten versehen. Hier steht neben der Erhohung der Standzeiten die gezielte Beeinflussung der lokalen Bauteileigenschaften im Fokus aktueller Forschungsarbeiten. Gerade der thermomechanisch gekoppelte Umformprozess erfordert eine optimale Anpassung der Funktionseigenschaften dieser Schichten, so dass eine komplexe Gradierung der Schichtgefugestrukturen notwendig wird. Die Erzeugung dieser Schichtsysteme erfolgt durch Beschichtungsverfahren wie Thermisches Spritzen und der PVD-Technologie (Physical Vapor Deposition). Die Kombination dieser beiden Technologien ermoglicht durch die mehrlagige Schichtstruktur (Multilayer) eine optimierte und anforderungsgerechte Anpassung der thermischen und mechanischen Funktionseigenschaften der Werkzeugoberflache. Besonders bei der Werkzeugherstellung ist ein zerstorungsfreies Prufverfahren sinnvoll, das den Schichtaufbau uberpruft, Fehler wie Risse oder Delaminationen erkennt und auch den Verschleiss des Systems im spateren Einsatz bestimmen kann. Die konventionellen Prufverfahren sind fur Monolayer-Systeme optimiert. Diese reagieren auf eine sprunghafte Anderung der Messgrosse wie der Warmeleitfahigkeit am Ubergang Schicht-Substrat. Bei den hier betrachteten Multilayersystemen treten mehrere derartiger Ubergange auf, was die Interpretation der Messergebnisse erschwert und gegebenenfalls eine Simulationsrechnung erfordert. Im Rahmen des Beitrags wird der Ansatz verfolgt, die optisch angeregte Lock-In Thermographie zur zerstorungsfreien Prufung dieser gradierten Schichtsysteme anzuwenden. Aufgrund ihres physikalischen Prinzips ermoglicht das Verfahren die Charakterisierung sehr dunner Schichten im Bereich von wenigen Mikrometern. Es werden erste Untersuchungen zur Prufung der gradierten Multilayerschichten prasentiert und ein Ausblick auf die kommenden Forschungsaktivitaten gegeben.