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Neue PVD‐Schichtkonzepte für hoch beanspruchte Werkzeuge für umweltverträgliche Fertigungsprozesse
Author(s) -
Bobzin K.,
Lugscheider E.,
Piñero C.
Publication year - 2004
Publication title -
materialwissenschaft und werkstofftechnik
Language(s) - German
Resource type - Journals
SCImago Journal Rank - 0.285
H-Index - 38
eISSN - 1521-4052
pISSN - 0933-5137
DOI - 10.1002/mawe.200400804
Subject(s) - chemistry , nuclear chemistry , crystallography
In der laufenden Projektphase des SFB 442 wurde für das Bohren und Drehen von 42CrMo4V und das Bohren von X5CrNi18‐10 der Multilayer TiAlN + amorphes‐Al 2 O 3 entwickelt. Der abrasive Verschleiß bei der Zerspanung von 42CrMo4V konnte behoben werden. Die Tribooxidation an der Nebenschneide beim Drehen wurde gänzlich unterbunden. Gleichzeitig wurde der Kerbverschleiß an der Nebenschneide auch beim Drehen von X5CrNi18‐10 minimiert und die Standzeiten erhöht. Für TiAlN + amorphes‐Al 2 O 3 hat sich ein 40‐lagiger Multilayer als optimal herausgestellt. Um beim Drehen von X5CrNi18‐10 und Inconel 718 den Adhäsionswiderstand zu verbessern, ist geplant, diesen Multilayer mit kristallinem γ‐Al 2 O 3 aufzubauen. Kristallines α‐Al 2 O 3 (CVD) zeigte bei Drehversuchen gegen Inconel 718 sehr gute Ergebnisse bezüglich des Adhäsionswiderstands. In dieser Versuchsreihe konnte gezeigt werden, dass der Adhäsionswiderstand mit der Oberflächenenergie der Schichtsysteme korreliert. α‐Al 2 O 3 besitzt hier die niedrigsten Werte für die Oberflächenenergie und die kleinsten polaren Anteile. Mittlerweile ist es prozesstechnisch möglich, kristallines γ‐Al 2 O 3 auch mit gepulsten MSIP‐Prozessen abzuscheiden. Verringert man die Einzelschichtdicken von Multilayern bis hin zu Nanolayer‐Schichtsystemen, erhält man so genannte Superlattice‐Strukturen, die sich durch eine extreme Härte auszeichnen. Im Schichtsystem Ti,Hf,CrN wurden zunächst Monolayer entwickelt; schon bald stellte sich heraus, dass die Eigenschaften der Schicht durch Abscheiden von Multilayern (bis zu 80 Lagen) aus TiHfN + CrN die mechanischen Eigenschaften, insbesondere die Duktilität, deutlich verbessern, ohne die entscheidende Warmfestigkeit und Oxidationsstabilität zu verschlechtern. Mit der Entwicklung von Superlattice‐Strukturen konnte eine weitere Härtesteigerung um 32 % erzielt werden. Im Reibprüfstand erwies sich das Superlattice‐Schichtsystem mit einer jeweiligen Schichtdicke der Nanolayer von 10 nm als am günstigsten, da es das beste Verhältnis von Härte zu E‐Modul besitzt. Dieses Schichtsystem wurde beim Napfrückwärtsfließpressen von 16MnCr5 eingesetzt und zeigte nach 100 Hüben ohne Einsatz von Schmierstoff keine Schäden. Dieses hervorragende Ergebnis wurde bisher nur mit diesem Superlattice‐Schichtsystem erreicht.