CVD TiCN/α-Al2O3 coated cemented carbide cutting tools

Titel in Übersetzung: CVD TiCN/α-Al2O3 beschichtete Schneidwerkzeuge aus Hartmetall

Rafael Panayiotis Stylianou

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

Abstract

Doppellagige TiCN/α-Al2O3 Schichten, die durch den Prozess der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) aufgebracht werden, werden aufgrund ihrer ausgezeichneten Verschleißfestigkeit, Härte und thermischen Stabilität häufig auf WC-Co Schneidwerkzeugen eingesetzt. Insbesondere technologische Fortschritte in Bezug auf die kristallographische Textur der α-Al2O3 Schichtlagen haben die Verschleißfestigkeit signifikant erhöht. Im ersten Teil dieser Arbeit wurde der Einfluss von Referenzmaterialien auf die Bestimmung von Texturkoeffizienten (TCs) für eine CVD α-Al2O3 Schicht demonstriert. Zur Ermittlung der 001 Fasertextur von α-Al2O3 wurden zuerst Polfiguren aus Elektronenrückstreu- und Röntgenbeugung (EBSD und XRD) verwendet. TCs wurden dann unter Verwendung der Röntgenbeugungsintensitäten von drei Referenzmaterialien für die gleich texturierte Schicht berechnet. Damit konnten nützliche Richtlinien zur TC-Bestimmung entwickelt werden. Im zweiten Teil der Arbeit wurden monolagige TiCN Schichten mittels CVD auf WC-Co Substraten mit unterschiedlichen Co-Gehältern abgeschieden, um die Bildung von thermischen Rissnetzwerken durch den thermischen Spannungsaufbau zu untersuchen. Die treibende Kraft für die Entwicklung der thermischen Spannung ist auf die Differenz zwischen Raum- und Abscheidetemperatur zurückzuführen, aber auch auf die Fehlanpassung der thermischen Ausdehnungskoeffizienten (CTE) von Schicht und Substrat. Co-Gehälter von 6, 7,5, 10, 12,5 und 15 wt.% wurden verwendet, um den CTE Wert der Substrate einzustellen und somit das Eigenspannungsniveau in TiCN Schichten zu kontrollieren. Dilatometeruntersuchungen der Substrate und Hochtemperatur-XRD einer pulverisierten TiCN Schicht zeigten eine Abnahme an der CTE-Fehlanpassung mit steigenden Co-Gehältern. Infolgedessen erhöhte sich die mit XRD ermittelte Eigenspannung bis auf 662 ± 8 MPa in der TiCN Schicht, die einem Co-Gehalt im Substrat von 10 wt.% entspricht. Bei Co-Gehalten unter 10 wt.% nehmen Eigenspannungen in TiCN ab, was auf die spannungsrelaxierende Bildung von thermischen Rissnetzwerken zurückgeführt wird. In ähnlicher Weise befasste sich die dritte Thematik der Arbeit mit der Bildung von thermischen Rissen in doppellagigen CVD TiCN/α-Al2O3 Schichten. Die kristallographische Textur der α-Al2O3 Schichtlage wurde mittels EBSD bestimmt und für die Ermittlung des CTE Wertes berücksichtigt. Aufgrund der thermischen Ausdehnungsanisotropie in α-Al2O3 zeigte sich eine niedrigere CTE-Fehlanpassung mit WC-Co als für TiCN mit WC-Co. Die mit XRD ermittelten Eigenspannungen nehmen in TiCN und α-Al2O3 mit bis zu 12,5 wt.% fallenden Co-Gehalten zu. Die mit weiterer Reduktion des Co-Gehaltes abnehmenden Eigenspannungen signalisierten die Bildung von Rissnetzwerken. Zusätzlich wurden monolagige TiCN Schichten bei 1000 °C geglüht, um jene Spannungsrelaxation zu reproduzieren, die während der Abscheidung von α-Al2O3 stattfindet. Es wurde festgestellt, dass die thermische Rissbildung der dominierende Spannungsrelaxationsmechanismus in α-Al2O3 ist, während TiCN durch sekundäre Mechanismen eine weitere Relaxation erfährt.
Titel in ÜbersetzungCVD TiCN/α-Al2O3 beschichtete Schneidwerkzeuge aus Hartmetall
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Gradverleihende Hochschule
  • Montanuniversität
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Tkadletz, Michael, Mitbetreuer (intern)
  • Keckes, Jozef, Beurteiler A (intern)
  • Mitterer, Christian, Betreuer (intern)
  • Schalk, Nina, Mitbetreuer (intern)
  • Rebholz, Claus, Beurteiler B (extern), Externe Person
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2020

Bibliographische Notiz

gesperrt bis null

Schlagwörter

  • Hartmetall
  • Chemische Gasphasenabscheidung
  • Hartstoffschichten
  • Kristallographische Textur
  • Thermische Ausdehnung
  • Eigenspannungen
  • Thermische Rissnetzwerke

Dieses zitieren