AlCrVN - Design of high-temperature low-friction coatings

AlCrN-Schichten wurden im Rahmen dieser Arbeit mit V legiert, um die Reibeigenschaften aktueller Hartstoffschichten bei hohen Temperaturen zu verbessern. AlCrN-Schichten zeichnen sich durch ihre hohe Härte, gute thermische Stabilität und Oxidationsbeständigkeit aus, weisen aber einen hohen Reibwert bei hohen Anwendungstemperaturen auf. Andererseits ist bekannt, dass V2O5 sowohl als Flüssig- als auch als Feststoffschmiermittel im Bereich von 500-700°C wirken kann. Die neuen AlxCryVzN-Schichten wurden mittels physikalischer Gasphasenabscheidung in einer industriellen Lichtbogenverdampfungsanlage hergestellt, wobei die gewünschte kubisch-flächenzentrierte (kfz) Struktur auch bei Al-Konzentrationen von x=0,7 durch Verwendung hochenergetischer Wachstumsbedingungen stabilisiert werden konnte. Daraus resultieren Härte- und Eigenspannungswerte vergleichbar zu kfz-AlCrN, während der reibvermindernde Effekt mittels Kugel-Scheibe-Tests aufgezeigt wurde. Die Verringerung des Reibwertes von 0,7 auf 0,2 bei 700°C wurde auf die Bildung einer V2O5-Schmierschicht zurückgeführt. Glühexperimente in Luft ergaben die Bildung einer V-reichen Oxidschicht an der Oberfläche, hervorgerufen durch die Segregation des V2O5 von den anderen Oxiden (Al2O3 und Cr2O3). Frästests ohne Zusatz von Schmiermitteln, in denen mit den AlCrVN-Schichten konkurrenzfähige Ergebnisse erzielt wurden, zeigen das Potential für die Verwendung als Verschleißschutzschicht.