Synthesis of alpha-(Al,Cr)2O3 solid solution coatings with different Al/(Al+Cr) ratios by pulsed DC magnetron sputtering

Titel in Übersetzung: Herstellung von alpha-(Al,Cr)2O3 Mischkristall-Schichten mit verschiedenen Al/(Al+Cr) Verhältnissen mittels gepulstem DC magnetron sputtern

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDiplomarbeitBegutachtung

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Abstract

Ziel der vorliegenden Arbeit war es, gesputterte alpha-(Al,Cr)2O3 Schichten mit verschiedenen Al/(Al+Cr) Verhältnissen auf Hartmetall Substraten abzuscheiden und hinsichtlich ihrer Kristallstruktur, Eigenspannungen und mechanischen sowie tribologischen Eigenschaften zu untersuchen. Da die Herstellung von gesputterten alpha-Al2O3 Schichten zum jetzigen Zeitpunkt in industriellem Maßstab noch nicht möglich ist, wurde Cr2O3 hinzugefügt, um einen hexagonalen Mischkristall zu bilden der die selbe Kristallstruktur wie alpha-Al2O3 aufweist. Eine industrielle Sputter-Beschichtungsanlage wurde auf einer Seite des Rezipienten mit segmentierten Cr/Al Targets bestückt. Auf der anderen Seite wurden zwei standard TiAl Targets angebracht, um eine TiAlN Basisschicht zur Verbesserung der Schichthaftung aufzubringen. Aufgrund der speziellen Geometrie der segmentierten Targets war es möglich, Schichten mit Al Gehalten von 22 bis 49 at% abzuscheiden. XRD Untersuchungen zeigten, dass bei allen untersuchten chemischen Zusammensetzungen nur die hexagonale alpha-(Al,Cr)2O3 Phase auftrat. Die ermittelten Werte für die Gitterkonstanten passten gut zu den theoretischen errechneten Werten nach dem Vegard´schen Gesetz. Die Härte der untersuchten Proben lag im Bereich von 17-28 GPa und hing stark von den ermittelten Druckeigenspannungen ab. Der Reibkoeffizient zeigte bei Raumtemperatur keine Abhängigkeit vom Al Gehalt. Bei 500 °C als auch bei 700 °C stieg der Reibkoeffizient mit steigendem Al Gehalt an. Bei 500 °C waren die durchschnittlichen Werte der Reibkoeffizienten etwas höher als bei Raumtemperatur und 700 °C. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Abscheidung von (Al,Cr)2O3 Mischkristallen mit verschiedenen Al/(Al+Cr) Verhältnissen in alpha-Modifikation mittels einer industriellen Sputter Anlage erfolgreich war. Das abgeschiedene Schichtsystem zeigt Potential für Anwendungen, bei denen die Bauteile hohem Verschleiß ausgesetzt sind, wie z.B. Schneidwerkzeuge.
Titel in ÜbersetzungHerstellung von alpha-(Al,Cr)2O3 Mischkristall-Schichten mit verschiedenen Al/(Al+Cr) Verhältnissen mittels gepulstem DC magnetron sputtern
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
  • Montanuniversität
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Mitterer, Christian, Betreuer (intern)
Datum der Bewilligung16 Dez. 2011
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2011

Bibliographische Notiz

gesperrt bis 18-11-2016

Schlagwörter

  • Aluminiumoxid
  • Al2O3
  • (Al
  • Cr)2O3
  • pulsed magnetron sputtering
  • PVD

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