Modifizierung von AlTiN Hartstoffschichten zur Bearbeitung von korrosionsbeständigen Stählen

Abstract

Korrosionsbeständige Stähle weisen, aufgrund ihrer hohen Zähigkeit und Adhäsionsneigung am Werkzeug oft eine schlechte Zerspanbarkeit auf, wodurch bereits beschichtete Zerspanungswerkzeuge häufig ein frühzeitiges Standzeitende erreichen. Um dem entgegenzuwirken, wird versucht die Eigenschaften von AlTiN-PVDHartstoffschichten durch den Einbau von Dotierungselementen zu verbessern. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden die Auswirkungen der Dotierungselemente Cr, Cu, Nb, Ta, Zr sowie Al auf Al1-x-yTixTMyN-Schichtsystemen mit unterschiedlichen Konzentrationen untersucht. Zur Abscheidung dieser Schichten auf WC-CoHartmetallsubstraten wurden die beiden Sputtermethoden DCMS und HiPIMS verwendet. Mikroskopische Untersuchungen an den DCMS-Schichten zeigten im Vergleich zum Referenzsystem eine stark variierende Zunahme der Schichtdicke, währende die HiPIMSSysteme bei gleicher Biasspannung je nach Dotierungskonzept unterschiedlich vom Referenzsystem abwichen. Im Hinblick auf die chemischen Zusammensetzungen stellten sich, je nach Dotierungselement, Konzentrationen im Bereich zwischen 2 und 35 at.% ein. Bias-Variationen zeigten bei höheren Spannungen und gleichbleibenden Dotieranteilen eine Abnahme des Al-Gehaltes durch einen erhöhten Ti-Gehalt. Die Schichtmorphologie dotierter Systeme wich grundsätzlich, mehr oder weniger stark, von den Referenzsystemen ab, wobei Cr, Nb, Zr und Ta im Rahmen der DCMS-Versuche ein feineres Kristallwachstum hervorriefen. Im Gegensatz dazu konnte an den mit Cr und Nb dotierten HiPIMS-Schichten durch die Verwendung von 70:30-Al-Ti-Targets das kolumnare Wachstum unterbunden und somit eine polykristalline Morphologie erzielt werden. Eigenspannungsmessungen ergaben, dass die gewählten Dotierelemente zu einer Reduktion der Druckeigenspannungen führten und somit die Haftung sowie Belastbarkeit der erzeugten Schichten beeinflussten. Die Zerspanungsversuche an der Stahlsorte 1.4301 zeigten, dass die DCMS-Schichten ein Zerspanvolumen von 250 cm3 erreichen konnten. Hingegen wurde mit den Cr und Nb dotierten HiPIMS-Schichten durch Verwendung von 70:30-Al-Ti-Targets ein Volumen von 1500 cm3 zerspant. Mit dem Zr dotierten Schichtsystem konnte durch Verwendung einer Biasspannung von 140 V sogar ein Zerspanvolumen von 2000 cm3 erreicht werden

Datum der Bewilligung	2024
Originalsprache	Deutsch (Österreich)
Betreuer/-in	Daniel Heim (Betreuer*in)