Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Verschleißprognose für gemischte tribologische Belastung von außenstromlos abgeschiedenen und wärmebehandelten Ni/P-Schichten

Chemisch abgeschiedene Nickel-Phosphor (Ni/P)-Schichten sind aufgrund ihrer einstellbaren Eigenschaften vielseitig anwendbar. Sie kommen sowohl im Korrosions- als auch im Verschleißschutz zum Einsatz. Möglich ist dies durch variable P-Gehalte und die Ausscheidungshärtung. Da keine umfassenden Daten für das Verschleißverhalten existieren, werden die Schichten oftmals im Zustand höchster Härte eingesetzt. Die Schichten besitzen dann aber die geringste Duktilität und sind somit spröde. In der Fachliteratur werden zum Verschleißschutz Schichten mit niedrigen P-Gehalten empfohlen, was aber nicht mit den Erfahrungen der einschlägigen KMU übereinstimmt. In Vorversuchen ergab sich, dass weder durch Schichten höchster Härte noch durch niedrigen P-Gehalt die beste Verschleißbeständigkeit vorliegt.

Das Vorhaben ist darauf ausgerichtet, den Verschleiß für die vier Grundverschleißarten in Abhängigkeit vom P-Gehalt und Wärmebehandlungsregime systematisch zu ermitteln und in ein anwenderorientiertes Vorhersagemodell einfließen zu lassen. Darin können durch eine Gewichtung der anwendungsspezifisch auftretenden Verschleißarten Ni/P-Schichten mit günstigem P-Gehalt und optimaler Wärmebehandlung für praxisrelevante Beanspruchungen ausgewählt werden. KMUs, die den Hauptteil der Branche ausmachen, können die dafür nötigen grundlegenden Untersuchungen allein nicht leisten.

Für das Vorhaben kommen industriell relevante Elektrolyte und Wärmebehandlungen zum Einsatz. Dies ist von besonderem Nutzen für KMUs, da die Ergebnisse unmittelbar in die industrielle Praxis überführbar sind. Damit ist die Erschließung schneller, kostengünstiger Prozessrouten bei besserer Verschleißperformance möglich, was einen Wettbewerbsvorteil bedeutet. Die Ergebnisse der Untersuchungen werden in einem online zugänglichen, interaktiven Verschleißkatalog zusammengefasst, der den KMUs zur Auslegung der Ni/P-Schichten zur Verfügung gestellt wird.

Ergebniszusammenfassung:

Während des Forschungsvorhabens wurden umfassende Verschleißergebnisse aus drei ausgewählten Verschleißtests erzielt. Grundlage dafür waren industriell hergestellte Ni/P-Schichten. Auf Grundlage dieser quantifizierten und somit vergleichbaren Werte konnte ein interaktiver, frei zugänglicher Verschleißkatalog erstellt werden. Dieser ermöglicht es Anwendern, für ihre individuellen tribologischen Beanspruchungen die geeigneten Phosphorgehalte und Wärmebehandlungsparameter zu bestimmen. Für KMU entstehen durch die Optimierung der Wärmebehandlungsschritte kostengünstige Prozessrouten, die diese direkt in ihren bereits bestehenden Betriebsablauf einfließen lassen können. Dadurch können neben Zeit und Energieeinsparungen auch das Anwendungsspektrum von chemisch abgeschiedenen Ni/P-Schichten erweitert werden.

Außerdem wurden Ni/P-Schichten, die auf Grundlage von bleistabilisierten Elektrolyten hergestellt wurden, mit solchen verglichen, die aus bleifreien Elektrolyten abgeschieden wurden. Im Ergebnis der Untersuchung wurde nachgewiesen, dass beide Schichten in ihren Verschleißeigenschaften gleichwertig sind. Somit besteht aus Sicht der resultierenden Schicht keine Notwendigkeit für den Einsatz von umweltgefährdenden bleistabilisierten Ni/P-Elektrolyten.