Influence of Ta on the thermal stability of Ti1-xAlxN hard coatings deposited with different bias voltages

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDiplomarbeit

Abstract

Durch Dampfabscheidung hergestellte TiAlN Hartstoffschichten werden seit vielen Jahren für Schneidanwendungen eingesetzt, da sie eine hohe thermische Stabilität und Härte aufweisen. Dadurch können sie tribologischen Anforderungen widerstehen. Die Aushärtung des ternären Systems auf Grund spinodaler Entmischung und der Einfluss eines vierten Legierungselementes wurden in den letzten Jahrzehnten umfangreich untersucht. In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss des Legierungselementes Ta auf die Mikrostruktur, mechanischen Eigenschaften und thermische Stabilität von TiAlN Hartstoffschichten mit einem konstanten Ti/Al Atomverhältnis von 50/50 untersucht. Pulvermetallurgisch hergestellte Targets mit einem Ta Gehalt von 0 % bis 15 % wurden verwendet, um Schichten mittels kathodischer Lichbogenverdampfung herzustellen. Während der Beschichtung wurde die Biasspannung stufenweise erhöht. Die Mikrostruktur und mechanischen Eigenschaften der Schichten wurden nach Glühungen in einem Vakuumofen mittels Röntgenbeugung und Nanoindentation untersucht. Außerdem wurden Pulver der Schichten hergestellt und die Veränderungen der Mikrostruktur während des Glühens mittels dynamischer Differenzkalorimetrie analysiert. Des Weiteren wurde der Einfluss verschiedener Biasspannungen auf die thermische Stabilität ausgewählter Proben des TiAlTaN Systems untersucht. Zusammenfassend wurde gezeigt, dass Ta die thermische Stabilität von TiAlN Beschichtungen erhöht, indem es die Entmischung des übersättigten Mischkristalls in seine stabilen Bestandteile kubisches TiN und Wurtzit AlN verzögert. Dementsprechend weisen die Beschichtungen mit steigendem Ta Gehalt höhere Härtewerte nach Glühungen bis 1000 °C auf. Die Eigenschaften bei hohen Temperaturen können durch gezieltes Einstellen der Biasspannung während des Beschichtungsvorganges weiter verbessert werden. Dadurch wird die Entmischung zu höheren Temperaturen verschoben und folglich werden bessere mechanische Eigenschaften bei hohen Temperaturen erzielt.

Details

Titel in ÜbersetzungEinfluss von Ta auf die thermische Stabilität von mit unterschiedlichen Biasspannungen hergestellten Ti1-xAlxN Hartstoffschichten
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
Datum der Bewilligung1 Jul 2016
StatusVeröffentlicht - 2016