Werkzeuge für das Drehen und Fräsen von Bauteilen müssen viel aushalten. Für ihre Arbeit an besseren Beschichtungen wurde Nina Schalk (Montanuni) nun geehrt.
Im Grunde ist Nina Schalk das Gegenteil einer Magierin – sie lässt Dinge nicht verschwinden, sondern auftauchen. Als Werkstoffwissenschaftlerin an der Montanuniversität Leoben beschreibt und untersucht sie eine Welt, die eigentlich nicht sichtbar ist. Kürzlich wurde Schalk mit dem Preis für Forschung und Innovation der Christian-Doppler (CD)-Gesellschaft ausgezeichnet.
Landschaften aus Kristallen
Mit verschiedenen Methoden und Geräten schaut die gebürtige Leobenerin in dem von ihr geleiteten und seit Anfang 2018 bestehenden CD-Labor für moderne beschichtete Schneidwerkzeuge so genau wie möglich in die hauchdünnen Beschichtungen für Metallwerkzeuge. Diese sind drei bis zwanzig Mikrometer dick und damit dünner als ein menschliches Haar, das einen Durchmesser von etwa fünfzig Mikrometer hat.
Mit den richtigen Instrumenten (Rasterelektronen- und Transmissionselektronen-Mikroskop, Röntgendiffraktometer oder Synchrotron-Teilchenbeschleuniger) kommen aber selbst in winzigsten Dimensionen ganze Landschaften aus Elementen, Phasen, Lagen und Kristallen zum Vorschein. Schalk und ihr Team setzen diese dann in Verbindung mit den physikalischen Eigenschaften des Materials wie Härte, Zähigkeit oder Temperaturbeständigkeit. Wie ordnen sich die verschiedenen Elemente an? Wie reagieren sie auf Hitze und Sauerstoff? Und was bedeutet das für Härte und Haltbarkeit?
Bei vielen Methoden geht es darum, das Material mit Elektronen oder Röntgenstrahlen zu beschießen und aus den Reaktionen Rückschlüsse auf die kleinsten Strukturen des Materials zu ziehen. Beliebte Beschichtungsstoffe sind etwa Titanaluminiumnitrid, Aluminiumoxid oder Titandiborid. Diese bewahren das Hartmetall vor Korrosion und Oxidation, Reibung und Verschleiß. Im CD-Labor stehen Zerspanungswerkzeuge, insbesondere für das Drehen und Fräsen, im Vordergrund. Letzteres benötigt man etwa, um Turbinenschaufeln für die Energiegewinnung und Flugzeugtriebwerke oder Produkte für die Automobilindustrie passgenau zu fertigen.
Ressourcen schonen
Das im CD-Labor gewonnene neue Grundlagenwissen wird vom Unternehmenspartner Ceratizit Austria für die Entwicklung neuer Geräte für die Metallbearbeitung genutzt. Ein Beispiel dafür ist die „Dragonskin“ (Drachenhaut)-Beschichtung für das Drehen von Stahl. Sie hat eine höhere Haltbarkeit und außerdem eine Indikatorschicht, die starken Verschleiß und das nahe Ende der Lebenszeit rechtzeitig erkennt. Das vermittelt den idealen Zeitpunkt für den Austausch des Werkzeuges – und das schont wiederum Ressourcen.
Außerdem können bessere Beschichtungen dazu dienen, den Einsatz von umweltschädlichen Chemikalien, die bei großer Hitze als Kühl- und Schmiermittel verwendet werden, künftig weiter zu reduzieren.