Braun, Paul (2022)
Einfluss der Mikrostruktur auf das Fließverhalten von metallischen Werkstoffen in Mikro- und Nanokavitäten -Nanoimprinting-.
Technische Universität Darmstadt
doi: 10.26083/tuprints-00020404
Dissertation, Erstveröffentlichung, Verlagsversion

Kurzbeschreibung (Abstract)

Im Rahmen dieser Arbeit wird das neuentwickelte metallische Nanoimprinting untersucht, welches verspricht robuste Oberflächenstrukturen durch gezielte plastische Verformung herzustellen. Hierzu wurden zylindrische Eindringkörper aus Diamant in Einzelkontaktversuchen verwendet, welche mit Ringkavitäten an den Kontaktflächen versehen waren. Dabei hängen die herstellbaren Strukturen nicht nur von den Werkzeuggeometrien, sondern maßgeblich von den Mikrostrukturen und mechanischen Eigenschaften der Substrate ab. Um ein weites Feld an Mikrostrukturen und Werkzeuggeometrien abzubilden, wurde ein Multiskalenansatz gewählt, in welchem die Werkzeugdurchmesser und Mikrostrukturgrößen in einem weiten Bereich variiert wurden. So wurde der Werkzeugdurchmesser von 1 bis 50 µm und die Kavitätenbreite zwischen 20 nm und 2,76 µm verändert. Als Substrate wurden hauptsächlich Kupferlegierungen (CuSn5, CuZn5 und CuZn30) in unterschiedlichen Zuständen verwendet. Durch High Pressure Torsion (HPT) wurden minimale Korngrößen von 60 nm und durch Rekristallisation maximale Korngrößen von 277 µm erreicht. Zusätzlich wurden auch kaltverformte Proben als Substrat verwendet, welche hohe (Großwinkel-)Korngrößen bei einer hohen Versetzungsdichte aufwiesen. Neben diesen Zuständen wurde auch galvanisch abgeschiedenes nanokristallines Nickel (durchschnittliche Korngrößen von etwa 100 nm) in unterschiedlichen Schichtdicken und auch als Vollmaterial untersucht. Durch diese Variationen werden unterschiedliche Fließprozesse in die Werkzeugstrukturen erwartet, welche mithilfe von TEM-Untersuchungen charakterisiert wurden. Experimentelle Ergebnisse zeigen, dass sowohl das Kaltverfestigungsverhalten als auch die Subkorn- bzw. Korngröße die Extrusionseigenschaften beim Nanoimprinting maßgeblich beeinflussen und ein nahezu ideales plastisches Verhalten (keine Kaltverfestigung) zu den höchsten Extrusionen führt. Für Werkstoffe mit einer ausgeprägten Kaltverfestigung wurden für alle Kavitätenbreiten niedrige Extrusionshöhen gemessen. Diese Arbeit demonstriert das Potential eines einfachen Prägeverfahrens zur Erzeugung von Oberflächenmerkmalen auf metallischen Werkstoffen mit einer Breite < 300 nm und einem Aspektverhältnis größer eins. Abschließend konnte mithilfe eines laserstrukturierten Hartmetallwerkzeugs demonstriert werden, dass mithilfe des metallischen Nanoimprintings auch große und somit technisch relevante, Oberflächen strukturiert werden können.

Frage zum Eintrag

Redaktionelle Details anzeigen