Fe diffusion in selected transition metal nitride coatings

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDiplomarbeit

Abstract

In dieser Diplomarbeit wurden kubisch flächenzentrierte (fcc) Ti-, fcc Cr- und hexagonal dichtest gepackte (hcp) Al-basierende Übergangsmetallnitride mit Lichtbogenverdampfen auf Schnellarbeitsstahl beschichtet, und auf mikrostrukturbezogene Diffusionsprozesse untersucht. Diese Übergangsmetallnitride werden als Schutzschichten für Werkzeuge bei Schneidprozessen wie z.B. der Hochleistungszerspanung eingesetzt. Eine vergleichende Studie von fcc Cr1-xAlxN (x = 0, 0,7), fcc Ti1-xAlxN (x = 0, 0,5, 0,6) und fcc TiCN Beschichtungen auf Schneidwerkzeugen zeigte überraschenderweise überlegenes Verschleißverhalten der konventionellen fcc TiN und fcc TiCN Schichten. Der Grund dafür ist auf Diffusionsprozesse zurückzuführen, die bei erhöhten Temperaturen während des Schneidprozesses stattfinden, und damit zum Abbau der Beschichtungsstruktur und zu einer Verschlechterung der Schnittleistung führten. Um Diffusionsprozesse in diesen Schichten zu untersuchen, wurden die beschichteten Substrate bei Anlasstemperaturen Ta = 900, 1000, 1100 und 1200 °C für 3 Stunden im Vakuum geglüht. Die kristallischen Phasen und chemischen Zusammensetzungen der Schichten wurden anschließend durch eine Kombination von Röntgenbeugung und Rückstreuelektronenbild mit qualitativer und quantitativer energie- und wellenlängendispersiver Röntgenspektroskopie untersucht. Es wird erklärt, wie Diffusionsprozesse mit der Zersetzung von metastabilen Beschichtungen zusammenhängen und zur Öffnung von Diffusionswegen zum Transport von Elementen in die Beschichtung beitragen. Sehr stark ausgeprägt findet dies in metastabilem fcc TiAlN, das sich in thermisch stabiles hcp AlN und fcc TiN zersetzt, statt. Noch stärkere Diffusion kann in Schichten beobachtet werden, die mehrstufige Abbauprozesse erfahren, wie metastabiles fcc Cr1-xAlxN, das in thermisch stabiles hcp AlN aber instabiles fcc CrN zerfällt. Das thermisch instabile fcc CrN zerfällt weiter zu Cr2N und Cr durch die Freisetzung von schwach gebundenen N, was zur Generation effizienter Diffusionswege führt. Im Gegensatz dazu stellen stabiles fcc TiN, fcc TiCN oder hcp AlN effektive Diffusionsbarrieren mit nur begrenzten Diffusionsprozessen vorwiegend an den Korngrenzen dar.

Details

Titel in ÜbersetzungFe Diffusion in ausgewählten Übergangsmetallnitrid-Schichten
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Betreuer/-in / Berater/-in
Datum der Bewilligung16 Dez. 2011
StatusVeröffentlicht - 2011