Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Adhäsions- und verschleißmindernde Oberflächenmodifikationen von Walzen für den Einsatz im Zwei-Rollen-Gießwalzprozess

Ziel des Forschungsvorhabens ist die Identifikation geeigneter Modifikationen der Walzenoberfläche, die beim Zwei-Rollen-Gießwalzen von Aluminiumbändern zu einer Minimierung von Anhaftungen trotz Wegfalles von Trennschichten führen. Dazu werden Randschichtmodifikationen aus Diffusionsbehandlungen sowie Duplexbehandlungen mit Hartstoffschichten entwickelt und untersucht. Zusätzlich soll die Verschleißbeständigkeit der Walzen erhöht und dadurch die Wirtschaftlichkeit und Umweltfreundlichkeit dieses Verfahrens weiter gefördert werden. Im Lösungsweg wird eine physikalische und technologische Modellierung des Gießwalzprozesses durchgeführt, indem Tropfenbenetzungstests, Untersuchung des Warmwalzplattierens sowie verschiedene Haftzugversuche durchgeführt werden. Es folgen in unterschiedlichen Evaluierungsstadien im Labormaßstab eine Bewertung der Verschleißbeständigkeit und der Dauerfestigkeit sowie labortechnische Gießwalzversuche mit zwei qualifizierten Randschichtmodifikationen. Ein Industrieversuch soll das Potential der entwickelten Lösung für das Gießwalzen nachweisen.

Im Resultat werden Erkenntnisse zu den Voraussetzungen zur Reduzierung der Adhäsion im tribologischen Gießwalze-Aluminium-System sowie über die notwendigen Oberflächeneigenschaften der Werkzeuge vorliegen und ein vertieftes Verständnis über die wirkenden Verschleißmechanismen. Die verbesserte Verschleißbeständigkeit der Walzen und Substitution der Trennschichten werden für ein steigendes Interesse an modifizierten Werkzeugen von Seiten der Aluminiumblechproduzenten sorgen. Von der Erweiterung der Einsatzbereiche werden Unternehmen der Geschäftsfelder Werkzeugstahlherstellung und Oberflächentechnik profitieren, welche zum großen Teil KMU sind. Die KMU aus dem Tätigkeitsfeld Werkzeugbau werden dazu die Effizienz der Mikroprofilierung von Walzenoberflächen weiter erhöhen. Langfristig wird für Bandproduzenten eine Steigerung der Produktivität und eine Verbesserung der Blechqualität erreichbar.

Ergebniszusammenfassung:

Ziel des Forschungsvorhabens war die Identifikation geeigneter Modifikationen von Walzenoberflächen, die beim Zwei-Rollen-Gießwalzen (ZRGW) von Aluminiumbändern (EN-AW 1080) zu einer Minimierung von Anhaftungen trotz Wegfall von Trennschichten führen. Alternativ sollten Oberflächenmodifikationen für einen Produktionsprozess mit reduziertem Trennmitteleinsatz gefunden werden.

1) Es wurden Randschichtmodifikationen aus Diffusionsbehandlungen, speziell dem neuen Gasborieren, sowie Duplexbehandlungen mit Hartstoffschichten entwickelt und auf ihre Eignung untersucht.

2) Das Verfahren zur Qualifizierung berücksichtigte eine physikalische und technologische Modellierung des Produktionssystems. Der Tropfenbenetzungstest stellte sich als nicht geeignetes Verfahren heraus, da er kaum Unterschiede im Benetzungsverhalten zeigte. Die Untersuchung des Warmwalzplattierens sowie verschiedene Haftzugversuche ermöglichten eine Bewertung der Adhäsion verschiedener Oberflächenmodifikationen.

3) Die zeitaufwendige tribologische Untersuchung im Hochtemperaturtribometer ergab eine prinzipielle Bewertungsmöglichkeit des Verschleiß- und Adhäsionsverhaltens. Der Modellcharakter des Untersuchungsverfahrens muss bei der Interpretation der Ergebnisse im Transfer auf die Anwendung berücksichtigt werden.

4) Der aufwendige Prüfstandsversuch zum ZRGW ließ eine generelle Einschätzung des Verhaltens der Modifikationen unter Produktionsbedingungen zu, muss aber bezüglich der technischen Randbedingungen bei der Durchführung mit dem Anwender aus der Produktion diskutiert werden.

5) Dem Transfer auf den Industrieversuch standen logistische und wirtschaftliche Aspekte entgegen.

Das alternative Ziel, Modifikationen für den reduzierten Trennmitteleinsatz zu ermitteln, wurde erfüllt.