Ziel von FairTools:

Die erste Patentanmeldung für Hartmetall erfolgte 1923, ursprünglich für die Glühbirnenindustrie. Heute ist Hartmetall, vor allem in Form von Zerspanungswerkzeugen, essenziell für die industrielle Produktion. Jedoch werden die Hauptbestandteile, Kobalt und Wolframcarbid, wegen sozialer und politischer Probleme kritisch bewertet, u.a. aufgrund von Konfliktfinanzierung und schlechten Arbeitsbedingungen. Der weltweit steigende Bedarf, insbesondere durch Lithium-Ionen-Batterien und Werkzeuge, verschärft diese Problematik.

Das Projekt FairTools verfolgt das Ziel, nur noch fair erzeugte Rohstoffe für Werkzeuge einzusetzen, und setzt dabei auf drei operative Strategien:

1. Recycle: Aufbau einer geschlossenen Kreislaufwirtschaft für Hartmetallwerkzeuge.
2. Reduce: Materialeinsparung durch additive Fertigung (Reduktion auf <50%).
3. Replace: Vollständige Substitution von Kobalt und Wolfram durch neue Materialien.

Diese Ansätze sollen die ökologischen, sozialen und versorgungssicherheitsbezogenen Herausforderungen adressieren.

Aufgabe des IFOS:

Das IFOS analysiert die chemischen und morphologischen Eigenschaften der Oberflächen, Beschichtungen und Grenzflächen der neuartig produzierten Werkzeuge und deren Ausgangsmaterialien mit Hilfe der instrumentellen Oberflächenanalytik, um auf Grundlage dieser Daten zur Optimierung von Prozessparametern beizutragen sowie die erfolgreiche Herstellung der Werkzeuge zu verifizieren.

Ziele:

• Sammlung von Messdaten zur Einspeisung und Verbesserung der Simulationsmodelle (z.B. Pulverzusammensetzung, Korngrößen, …).
• Identifikation chemischer und morphologischer Schwachstellen, insbesondere auch im Interface zwischen Werkzeugbeschichtung und Rohling, und darauf aufbauende Lösungen zur Optimierung von Prozessparametern bei der Werkzeugherstellung.
• Analytischer Nachweis der erfolgreichen Herstellung neuartiger Werkzeuge mit defektfreien und verschleißfesten Werkzeugoberflächen.

Ausgewählte Publikationen:

Ausgewählte Konferenzbeiträge:

Ziele:

• Entwicklung einer Berechnungs­methode für adhäsiven Verschleiß, bei der eine Kopplung zwischen verschiedenen Größenskalen (von der atomaren Ebene bis zum Tribo­kontakt) und Disziplinen (Tribologie, Physik, Chemie) stattfindet.

Lösungsansatz:

• Entwicklung eines Verschleiß­modells, dessen Parameter durch Betrachtungen der nanoskaligen Ebene in Form von Kennfeldern bestimmt werden können und das in die Verschleiß­berechnung auf mikro- und makrosko­pischer Ebene integriert werden kann. Dabei sollen der Aufbau, die Zusammen­setzung und die lokale Verteilung der tribologischen Grenzflächen analysiert und in molekulardynamischen Simulationen abgebildet werden.

Ausgewählte Publikationen:

Ausgewählte Konferenzbeiträge:

Ziele des Teilprojekt 3 (IFOS und PZKL):

• Beschichtung und Funktionalisierung der Oberflächen von Motorkomponenten
• Oberflächenanalytische Untersuchung von Bauteiloberflächen zur Optimierung und Verschleißminimierung

Ziele:

• Forschungsziel ist der Aufbau eines grundlegenden und systematischen Verständnisses zum Einfluss der Oberflächenchemie und Oberflächentopographie laserstrukturierter Kupferoberflächen auf deren Benetzungsverhalten.

Lösungs­ansatz:

• Die Methode der Laserinterferenzstrukturierung (DLIP) soll dabei mit Methoden der Oberflächenbeschichtung kombiniert werden, um so deterministische Oberflächentopographien bei gleichzeitig kontrollierter chemischer Passivierung und damit Egalisierung der Oberfläche zu erzeugen und auf ihr Benetzungsverhalten hin zu untersuchen.

Ausgewählte Publikationen:

• Lößlein, S. M., Kasper, M., Merz, R., Pauly, C., Müller, D. W., Kopnarski, M. and Mücklich, F.. "Patience Alone is not Enough – A Guide for the Preparation of Low-Defect Sections from Pure Copper" Practical Metallography, vol. 58, no. 7, 2021, pp. 388-407. https://doi.org/10.1515/pm-2021-0031

Ausgewählte Konferenzbeiträge:

Ziele:

• Steuerung der Reibung makroskopischer Körper sowie prädiktive Beeinflussung der Reibung zwischen realen Bauteiloberflächen
• Erprobung von Modellasperiten als Hilfsmittel zur Erforschung der Reibungs- und Verschleißprozesse, die in Mikrokontakten während der Einlaufphase tribologischer Systeme ablaufen

Ausgewählte Publikationen:

Ausgewählte Konferenzbeiträge:

• Burkhart C., Heier M., Merz R., Lösch J., Wagner C., Kopnarski M., Hasse H., Thielen S., Sauer B.: Einfluss des Schmierstoffs auf das Verschleißverhalten und dessen Mechanismen im System Radialwellendichtring; Vortrag auf 62. Tribologie-Fachtagung (GfT), 29.09.2021, online