Damit Leichtbau-Kolbensysteme aus Aluminium für Verbrennungsmotoren den werkstofflichen Anforderungen gerecht werden, versieht man sie mit einer Diamond-Like-Carbon (DLC) Beschichtung. Die ODPat-Projektpartner haben dazu ein kontinuierliches Plasma-Enhanced-Chemical-Vapour-Deposition (PECVD) Verfahren entwickelt, das die Beschichtung von sehr schmalen Kavitäten ermöglicht. Die Stabilisierung des Prozesses erfolgt über plasmadiagnostische Verfahren. Erste Praxistests an Motorkolben laufen seit Dezember 2011.
ODPat — Plasmabeschichtungstechnik für Aluminiumbauteile
- Verbundprojektkoordinator
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KS Kolbenschmidt GmbH, NeckarsulmJürgen Niehues07132 33-434107132 33-2905
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- Projektpartner
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Eckerle Industrie-Elektronik GmbH, Malsch
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Federal-Mogul Burscheid GmbH, Burscheid
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Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik (IWM), Freiburg
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inprotec AG, Heitersheim
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Plasmetrex GmbH, Berlin
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- Projektwebsite
Bei der Verbrennungsmotoren-Entwicklung steigen auch die werkstofflichen Anforderungen an die hochbelasteten Komponenten wie beispielsweise die Kolbenbaugruppe. Leichtbau-Kolbensysteme aus Aluminium besitzen zudem eine Schlüsselfunktion im Hinblick auf die Kraftstoffeinsparung. Die Verwendung von Aluminium hat aber den Nachteil, dass es sich bei hohen Belastungen verformt sowie für verschleiß- und reibungsminimierende Beschichtungen, wie z.B. DLC (Diamond-Like-Carbon), eine unzureichende Stützfunktion aufweist. Deshalb ist eine adäquate Oberflächenbehandlung des Aluminiumwerkstoffs essenziell. Die Entwicklung einer Duplex-Plasmatechnologie im Rahmen des Projekts ODPat soll dies ermöglichen und zugleich das Anwendungsspektrum des Leichtmetalls im Fahrzeugbau stark erweitern. Diese Technologie verknüpft die Verfahrensschritte Härtung durch Plasmadiffusion, Wärmebehandlung und Plasma-CVD-Beschichtung und wird in einer Demonstrationsanlage getestet. Im Ergebnis soll es möglich werden, auf einer thermisch und mechanisch stabilen Aluminiumnitritschicht eine reibungs- und verschleißminimierende DLC-Schicht von etwa 10 μm zu erzeugen. Als Beispielanwendungen sind Kolben und Liner von Verbrennungsmotoren und Komponenten von Verdrängerpumpen geplant. Die Technologie hat das Potenzial für einen breiten Einsatz in vielen Bereichen des Leichtbaus, insbesondere bei hochbelasteten und verschleißbeanspruchten Komponenten.
Lösungen
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Duplex-Plasma-Oberflächenbehandlung von AluminiumkolbenDr. Sven Meier, Fraunhofer IWM, Tel.: 0761 5142-233, sven.meier@iwm.fraunhofer.de