Synthesis, Properties and Performance of selected hard and wear resistant Coatings for Metal Cutting Applications

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

Abstract

Die rasante technologische Entwicklung bringt einen hohen Anspruch an neue, oft schwierig zu verarbeitende Materialien mit sich. Infolgedessen sind auch stetige Anpassungen der Fertigungsverfahren erforderlich. Überdies hinaus verlangt die kontinuierliche Forderung nach Produktionssteigerung in der Metallverarbeitung nach höheren Schnittgeschwindigkeiten und damit auch nach Schneidwerkzeugen mit höherer Verschleißfestigkeit. Zu diesem Zweck wurde ein breites Spektrum von Beschichtungen entwickelt. In der Metallwerkzeugindustrie finden zum Beispiel (Ti, Al)N-Beschichtungen, die durch chemische (CVD) oder physikalische (PVD) Gasphasenabscheidungsverfahren synthetisiert werden, großflächig Anwendung. Um die Eigenschaften dieser Beschichtungen weiter zu verbessern und zu übertreffen, wird gegenwärtig quartären Materialverbindungen wachsende Beachtung geschenkt. Im Rahmen dieser Arbeit werden Ti1−x−yAlxMeyN-Beschichtungen (Me = W, Mo oder Cr; x ~ 0.30 − 0.55 und y ~ 0.10) mittels physikalischer Gasphasenabscheidung, genauer gesagt durch kathodische Lichtbogenabscheidung, auf WC-Co-Schneidplatten aufgebracht. Längsdrehanwendungen von austenitischem Edelstahl AISI 316L werden genutzt, um das Verschleißverhalten und die Zerspanungsleistung der Beschichtungen zu untersuchen. Anhand von Rasterelektronenmikroskop-Untersuchungen, Röntgenbeugungsanalysen und Reibungsversuchen werden die Beschichtungsdicke, die chemische Zusammensetzung, die Phasenstruktur und das Gefüge, sowie der Eigenspannungszustand mit den vorherrschenden Verschleißmechanismen und der Zerspanungsleistung korreliert. Da im Zuge der Zerspanungsversuche mehrere Verschleißarten, wie Kerbverschleiß, adhäsiver Verschleiß und Kraterverschleiß, auftreten, werden etwaige Einflüsse auf den jeweiligen Verschleißtyp separat analysiert und bewertet. Der Kerbverschleiß tritt als dominanter Verschleiß an der Freifläche auf und wird daher bei allen Schneidversuchen als Standzeitkriterium verwendet. Die Ergebnisse zeigen eine starke Abhängigkeit des an der Spanfläche auftretenden Verschleißverhaltens vom vorherrschenden Titan/Aluminium-Verhältnis der Beschichtung. Weiters werden Einflüsse durch die hinzugefügten Legierungselemente festgestellt. Zum Beispiel hat die Zugabe von Wolfram und Molybdän zum Werkstoffverbund, zumindest in gewissem Maße, einen reduzierten Kraterverschleiß auf der Spanfläche zur Folge. Das Hinzulegieren von Chrom zur Beschichtung verbessert die Verschleißfestigkeit hingegen nur in Verbindung mit einem hohen Titan-Gehalt.

Details

Titel in ÜbersetzungSynthese, Eigenschaften und Performance ausgewählter Hart- und Verschleißschutzbeschichtungen für Schneidanwendungen in der Metallbearbeitung
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Andersson, Jon, Mitbetreuer (extern), Externe Person
  • Johansson Jöesaar, Mats, Betreuer (extern), Externe Person
  • Grün, Florian, Betreuer (intern)
Datum der Bewilligung25 Juni 2021
StatusVeröffentlicht - 2021