Synthesis and post-treatment of hard coatings for cemented carbide cutting tools

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

Autoren

Abstract

Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, einerseits die Schichtherstellung effizienter zu machen und andererseits Hartstoffschichten weiter zu optimieren, um einen noch wirtschaftlichen Zerspannungsprozess zu ermöglichen. Die Sputtertargets spielen dabei eine wesentliche Rolle. Daher wurde der Einfluss von zwei unterschiedlichen Sputtertarget-Arten (d.h. pulvermetallurgisch hergestellte TiAl Targets und schmelzmetallurgisch hergestellte TiAl Stopfentargets) auf den Beschichtungsprozess sowie auf die Struktur und Eigenschaften der abgeschiedenen Schichten untersucht. Mit den pulvermetallurgisch hergestellten Targets konnten um 44 % höhere Beschichtungsraten erzielt werden als mit den Stopfentargets. Zusätzlich zeigten die von den pulvermetallurgischen Targets abgeschiedenen Ti1-xAlxN Schichten geringere Reibung und höhere Verschleißfestigkeit als die von den Stopfentargets abgeschiedenen Schichten. Um die Ti1-xAlxN Schichten weiter zu optimieren, wurde eine Serie von Schichten abgeschieden, deren Eigenspannungen vom Zug- bis in den Druckbereich reichten. Die Proben wurden im Vakuum geglüht und anschließend wurde der Einfluss der Eigenspannungen und der Korngröße auf die spinodale Entmischung der Ti1-xAlxN Schichten untersucht. Demnach fördern Zugspannungen die Entstehung von fcc-AlN Domänen, während Druckspannungen die Entstehung von fcc-TiN Domänen begünstigen. Kleinere Korngrößen führen zur früheren Ausscheidung von w-AlN. Der nächste Schritt war die thermische Nachbehandlung von handelsüblichen TiAlTaN Schichten bei 900 °C in Methan. Ziel war es, die Vorteile der Ausscheidungshärtung mit der Reibungsverminderung durch die Kohlenstoffabscheidung auf der Oberfläche zu verbinden. Als Resultat konnten Reibwerte erreicht werden, die mit DLC oder MoS2 vergleichbar sind. Eine weitere Möglichkeit Schichten zu verbessern sind Strahlbehandlungen. CVD alpha- und kappa-Al2O3 Schichten wurden mit unterschiedlichen Drücken und Strahlmedien trocken gestrahlt. Anschließend wurde die Relaxation der eingebrachten Druckspannungen bei höheren Temperaturen untersucht. Weiters wurde der Einfluss der Strahlbehandlung auf das Reibverhalten erforscht. Die Spannungsrelaxation ist stark vom Strahlmedium abhängig. Für mit runden Partikeln gestrahltes alpha-Al2O3 konnte bereits nach einer Glühung bei 500 °C eine Relaxation der Spannungen beobachtet werden, während für mit eckigen Partikeln gestrahltes alpha-Al2O3 und für kappa-Al2O3 eine Temperatur von 900 °C nötig war, um eine vollständige Relaxation der Spannungen zu erreichen. Ein Rückgang des Reibkoeffizienten bei 700 °C wurde beobachtet, was auf die Erweichung des auf die Schichtoberfläche transferierten Strahlmaterials zurückzuführen ist.

Details

Titel in ÜbersetzungHerstellung und Nachbehandlung von Hartstoffschichten für Hartmetall-Zerspannungswerkzeuge
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Betreuer/-in / Berater/-in
StatusVeröffentlicht - 2013