06.2009 - EFDS-Nachrichten

Freiberger Wissenschaftler "beamen" sich in die Zukunft

Die kontinuierliche Weiterführung der mehr als 20-jährigen FuE-tätigkeit am Institut für Werkstofftechnik (IWT) der TU Bergakademie Freiberg auf dem Gebiet der thermischen Elektronstrahl(EB)-Technologien ist durch die Installation der weltweit modernsten Elektronenstrahl-Universalanlage K26-15/80 für thermische Prozesse gesichert. Diese Großinvestition wurde anteilig aus öffentlichen Fördermitteln der DFG und des Landes Sachsen, Geldern einer privaten Stiftung und Eigenmitteln des IWT finanziert. Die Einweihung der Anlage erfolge am 29. Januar 2009 in Verbindung mit einem wissenschaftlichen Kolloquium zum Thema „Thermische EB-Technologien“, an dem mehr als 80 Teilnehmer aus Industrieunternehmen, insbesondere der Automobilindustrie und Forschungseinrichtungen des In- und Auslands teilnahmen. Die regen Diskussionen während und im Anschluss an das Kolloquium belegen das große Interesse an dieser Entwicklungsrichtung.

Die EFDS-NachrichtenElektronenstrahl-Universalanlage (2,6 m3 Kammeranlage) hat einen pulsbaren Hochspannungserzeuger (Pulsfrequenz: 10 … 250 Hz) mit einer kontinuierlichen regelbaren Beschleunigungsspannung (maximal 80 kV), was einer maximalen Strahlleistung von 15 kW entspricht. Die Vorteile der EB-Technologien kommen durch das installierte Hochgeschwindigkeits-Ablenksystem voll zum Tragen. Dies ermöglicht in einem Energieübertragungsfeld von 200x200 mm2 (bei optimalen Arbeitsabstand von 500 mm) eine Auflösung von ≤ 4,3 Mrd. Punkten, wobei jeder Punkt mit einer Frequenz von bis zu 100 kHz ohne Amplitudenverluste in X-, und Y-Richtung (Ablenkspule) sowie in Z-Richtung (dynamische Linse) angesteuert werden kann. Dabei beträgt die Sprungzeit des Elektronenstrahls zur Ansteuerung von zwei Punkten mit maximalem Abstand (200 mm) ca. 2 μs bei einer Positionsgenauigkeit von 0,5 %. Daraus ergeben sich strahlführungstechnische Möglichkeiten, die mit keiner anderen Energiequelle so effizient umsetzbar sind.

Ein weiteres Highlight der EB-Anlage ist die automatische Strahljustage und die Prozessbeobachtung, wahlweise mittels digital-elektronenoptischen Monitorings oder per CCD-Kamera, die hohe Standards bezüglich der Qualitätssicherung und Reproduzierbarkeit der Ergebnisse garantiert. Die Anlage verfügt über weitere Hard- und Software-Optionen, wie fünf wahlweise nutzbare NC-Achsen, verschiedene Handling- und Schutz-Vorrichtungen, ein Hochgeschwindigkeits-Temperatur-Messsystem (150 … 1500°C) und demnächst über eine automatische Draht-/Bandzuführeinheit.

Am Institut für Werkstofftechnik (IWT) wird eine breite Palette von höchst aktuellen Forschungsthemen auf dem Gebiet der thermischen EB-Technologien bearbeitet. Dazu gehören das Fügen (Schweißen, Löten), derzeit mit dem Schwerpunkt Schweißen von Mischverbindungen und das Abtragen (Profilieren, Gravieren), insbesondere die Erzeugung von Oberflächenprofilen zur Verbesserung der mechanischen-metallurgischen Anbindungen von Inserts in Hybridguss-Konstruktionen bzw. zur gezielten Beeinflussung des Reibverhaltens.

Die Randschichtbehandlung stellt schon seit längerem die Hautarbeitsrichtung der FuE-Tätigkeit am IWT dar. Auf diesem Gebiet nimmt das Institut eine Spitzenposition in der internationalen Forschungslandschaft ein und kann auf zahlreiche Neuentwicklungen bis hin zur industriellen Applikation verweisen. Neben den bekannten Festphasenprozessen (Härten, Glühen) stehen vor allem auch Kombinationen dieser Technologien mit anderen Randschicht-Behandlungsverfahren, wie z.B. dem Nitrieren und Borieren bzw. Beschichtungsverfahren (PVD, CVD) mit äußerst interessanten Perspektiven im Mittelpunkt aktueller Untersuchungen. Es konnte sicher nachgewiesen werden, dass es möglich ist, mittels nachträglicher EB-Behandlung durch Nitrier- bzw. Hartstoffschichten hindurch harte Stützschichten im Grundwerkstoff zu erzeugen, ohne diese Schichten zu schädigen.

Ebenso wird an der Entwicklung verschiedener Flüssigphasenprozesse (Randschicht-Umschmelzen,    -Legieren, -Dispergieren, -Auftragen), insbesondere mit der Nutzung  von Mehrspot-/Mehrprozesstechniken gearbeitet. Diese für den Elektronenstrahl aufgrund seiner nahezu trägheitslosen Form- und Ablenkbarkeit spezifischen strahlführungstechnischen Möglichkeiten gestatten es beispielsweise, ein gleichzeitiges Vorwärmen/Reinigen und Nachwärmen/Glätten der Umschmelzzone in Verbindung mit einer Flüssigphasenbehandlung (z.B. Randschicht-Umschmelzlegieren/ -Dispergieren) als hochproduktiven einstufigen Prozess zu realisieren.

Das umfassende Know how am IWT der TU Bergakademie Freiberg wird derzeit von einem achtköpfigen Team unter Anleitung von Herrn Prof. Dr.-Ing. habil. Rolf Zenker im Rahmen von Förderprojekten und FuE-Industriethemen umgesetzt. Auch künftig steht das „EB-Team“ als zuverlässiger und innovativer FuE-Partner für individuelle Lösungen zur Weiterentwicklung und Anwendungen von thermischen Elektronenstrahltechnologien zur Verfügung.