Structural Development and Interfacial Engineering of Hard Coatings by HIPIMS (High Power Impulse Magnetron Sputtering)

Titel in Übersetzung: Strukturentwicklung und Interfaceengineering von Hartstoffschichten mittels HIPIMS (High Power Impulse Magnetron Sputtering)

Jörg Paulitsch

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

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Abstract

Stehen zwei Körper in direktem Kontakt zueinander, hat die Oberflächenbeschaffenheit einen sehr großen Einfluss auf das Verschleißverhalten dieser beiden Materialen. Eine Möglichkeit die Eigenschaften von Oberflächen von Werkzeugen zu verbessern, ist das Aufbringen von Hartstoffschichten mittels physikalischer Gasphasenabscheidung (PVD). Eine Methode, die in der Automobilindustrie für die Oberflächenbeschichtung angewendet wird, ist das Gleichstrom-Magnetron-Sputtern (DCMS). Der größte Nachteil dieser Beschichtungstechnik jedoch ist die geringe Ionisation des abgedampften Targetmaterials. Eine Erhöhung der Ionisationsrate kann durch eine Steigerung der Eingangsleistung am Target erzielt werden. Diese ist bei der DCMS-Technik jedoch limitiert aufgrund der Möglichkeit von lokaler Aufschmelzung bei hohen Leistungen. Die high power impuls magnetron sputtering (HIPIMS) Technik ist eine neue PVD Beschichtungsmethode, die mittels gepulster Leistung höhere Stromdichten am Target zulässt, und zu einer höheren Ionisationsrate führt. Aufgrund dieser hohen Ionisation besteht die Möglichkeit, Schichten mit verbesserten mechanischen und tribologischen Eigenschaften zu erzeugen. Der Nachteil dieser Beschichtungstechnik ist die sehr geringe Beschichtungsrate verglichen mit der DCMS Technik. Das Ziel dieser Projektarbeit war es die HIPIMS Technik für die Anwendung in der Automobilindustrie nutzbar zu machen. Zu diesem Zweck wurden Beschichtungen von CrN und TiN Hartstoffschichten in einer Industrieanlage mittels Mehrfachrotationen des Substrathalters durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten die Vorteile der neuen HIPIMS Technologie, da dichte Hartstoffschichten mit verbesserten Verschleißeigenschaften, im Vergleich zu DCMS Schichten, hergestellt werden können. Zur Verbesserung der Beschichtungsrate der HIPIMS Technik wurde eine simultane HIPIMS/DCMS Beschichtungstechnik entwickelt und untersucht. Die Resultate zeigten, dass mittels dieser Hybridtechnik, Multilagen CrN/CrN Schichten hergestellt werden können, die mechanische und tribologische Eigenschaften vergleichbar mit denen von HIPIMS CrN Schichten aufweisen. Weiters sind diese Schichten mit den Beschichtungsraten von DCMS CrN Schichten vergleichbar. Es zeigte sich auch, dass diese Hybridtechnik die Herstellung von Multilagen CrN/TiN Hartstoffschichten mit Reibkoeffizient von ca. 0.05, vergleichbar mit diamond like carbon (DLC) Schichten, ermöglicht.
Titel in ÜbersetzungStrukturentwicklung und Interfaceengineering von Hartstoffschichten mittels HIPIMS (High Power Impulse Magnetron Sputtering)
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Dehm, Gerhard, Beurteiler B (intern)
  • Mayrhofer, Paul Heinz, Beurteiler A (intern)
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2010

Bibliographische Notiz

gesperrt bis 13-01-2015

Schlagwörter

  • HIPIMS
  • DCMS
  • Reibkoeffizient
  • CrN
  • TiN

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