Forschung

Evaluation of the fatigue behavior of PVD coatings using vibration-induced cavitation – Cavitation fatigue (KavErm)

Kurzdarstellung

Das Forschungsvorhaben „KavErm“ soll den Einfluss einer komplexen Ermüdungsbeanspruchung mit Blick auf die Haftungseigenschaften funktioneller Beschichtungen umfänglich und wechselseitig untersuchen. Hierzu werden anwendungsrelevante PVD-Schichtsysteme ausgewählt und Proben sowie ausgewählte Bauteilabschnitte beschichtet beziehungsweise zur Verfügung gestellt. Die notwendige Ermüdungsbeanspruchung wird durch eine sogenannte akustische Kavitation mittels Ultraschallkoppelschwinger erzeugt. Die bereits etablierte Norm ASTM G32-16 gibt eine allgemeine Prüfvorschrift für Untersuchungen an dem Ultraschallkoppelschwinger vor, die jedoch im Projekt den Anforderungen entsprechend abgeändert und weiterentwickelt wird. Hierbei erfolgt eine Variation der Versuchsparameter (Frequenz, Amplitude, Versuchsdauer, Medium etc.) unter Zuhilfenahme von Hochgeschwindigkeitskameraaufnahmen, um selektiv ortsaufgelöst die resultierende Beanspruchung in Relation zu den Eingangsgrößen bewerten zu können. Anhand der Ergebnisse wird eine umfassende Beschreibung der flächigen Haftungseigenschaften der Beschichtungen sowie der Eignung der Methode des Ultraschallkoppelschwingers möglich sein. Untersuchungen bezüglich der resultierenden Wechselwirkungen durch Beanspruchungskombination bilden dabei die Basis der qualifizierenden Weiterentwicklung der Kavitationsuntersuchung. Dazu werden unter anderem die Sonotroden des Ultraschallkoppelschwingers mit Blick auf eine zielgerichtete Beeinflussung der Kavitation ebenfalls angepasst. Dies ermöglicht wiederum die Untersuchung an einfach konturierten funktionellen Oberflächen im Sinne einer pränormativen Forschung.

Die Ergebnisse sind für die Fachgebiete Werkstoffe, Materialien, Fertigungstechnik, Chemie und Ressourceneffizienz von besonderem Nutzen. Verbesserte Qualitätssicherung im Maschinenbau ermöglicht sicheren Betrieb beschichteter, funktionalisierter und kavitationsbelasteter Bauteile. Die angestrebte Erweiterung der Testmethode nutzt daher insbesondere den KMU aus dem umfangeichenen Markt an Beschichtern, Bauteillieferanten und Zulieferern wie auch Anlagenbauern.