High-temperature tribological investigations of CrAlN and CrAlSiN hard coatings in ambient and inert atmospheres

In der vorliegenden Arbeit wurden die tribologischen Eigenschaften von CrAlN und CrAlSiN Hartstoffschichten bei hohen Temperaturen in inerter Atmosphäre sowie in Umgebungsluft untersucht. Die Hartstoffschichten wurden in einer industriellen Magnetronsputteranlage mit Cr0.50Al0.50 und Cr0.45Al0.45Si0.10 Targets abgeschieden. Die tribologischen Versuche wurden in einem Tribometer mit Kugel-Scheibe-Konfiguration im Temperaturbereich von Raumtemperatur bis zu 700 °C durchgeführt. Hierbei ergaben sich nur geringfügige Änderungen in der Reibung, wobei keine Korrelation mit der Änderung der Temperatur oder der Atmosphäre festgestellt werden konnte. Der Verschleißkoeffizient, der an Hand von Messungen mit einem optischen 3D Profilometer bestimmt wurde, zeigte einen unterschiedlichen Verlauf für beide Schichtsysteme. In Abwesenheit von Sauerstoff war der Verschleiß der CrAlN-Schicht im Temperaturbereich zwischen 400 bis 600 °C höher. Im Falle der CrAlSiN-Schicht war der Schichtabtrag in Inertgasatmosphäre allgemein geringer, zeigte aber einen ansteigenden Verlauf in beiden Atmosphären, wie er auch bei CrAlN beobachtet worden war. Weitere Analysen an den Verschleißspuren der Schichten und den Kugeloberflächen der Al2O3 Gegenkörper wurden mittels optischer Lichtmikroskopie und Ramanspektroskopie durchgeführt und brachten weitere Hinweise zu den vorliegenden Verschleißmechanismen.