Sputtered Cr1-xAlxN hard coatings with 0.21 ≤ x ≤ 0.46

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDiplomarbeit

Abstract

Im Rahmen dieser Arbeit wurden Cr1-xAlxN Schichten unterschiedlicher Zusammensetzung durch reaktives Magnetron-Sputtern im industriellen Maßstab mit Hilfe segmentierter Cr und Al Targets hergestellt. Es wurden zwei unterschiedliche Schichtarchitekturen abgeschieden, um den Einfluss des Al-Gehaltes zu untersuchen. Diese waren einerseits eine Zweilagenschicht, bestehend aus einer TiAlN Basisschicht und einer CrAlN Topschicht und andererseits eine Multilagenschicht bestehend aus TiAlN und CrAlN Lagen auf einer TiAlN Basisschicht. Die Schichten wurden in Bezug auf Schichtdicke, Schichthaftung, chemische Zusammensetzung, Mikrostruktur, Eigenspannung, Härte, E-Modul und tribologische Eigenschaften untersucht. Die erzielten Schichtdicken beider Architekturen, sowie die moderate Schichthaftung auf allen Proben waren im Wesentlichen vergleichbar. Die ermittelten Werte der Al/(Al+Cr) Atomverhältnisse lagen zwischen 0,21 und 0,46. Folglich wiesen die Schichten eine einphasige kubische Mikrostruktur auf, die im Falle der Zweilagenschicht eine 100 Orientierung zeigte, während für die Multilagenschicht keine bevorzugte Orientierung beobachtbar war. Im Vergleich zu anderen Schichtsystemen zeigten sowohl die Zwei- als auch die Multilagenschichten relativ geringe Eigenspannungen im Druckbereich, wobei die Werte für letztere etwas höher lagen. Für beide Architekturen konnte ein Spannungsabfall mit steigendem Al-Gehalt beobachtet werden, bis ein Minimum bei Al/(Al+Cr) Verhältnissen von 0,3-0,4 erreicht wurde. Diese Zusammensetzungen entsprechen jenen Proben, die während der Beschichtung gegenüber dem zentralen Bereich der segmentierten Targets positioniert waren. Sowohl die Härte- als auch E-Modul-Werte der Multilagenschichten waren etwas höher als jene der Zweilagenschichten. Für beide Filmarchitekturen konnte ein Anstieg der Härte und des E-Moduls mit steigendem Al-Gehalt bis zum Erreichen eines Maximums bei einem Al/(Al+Cr) Verhältnis von ungefähr 0,3 beobachtet werden. Bei Raumtemperatur zeigten die Zweilagenschichten bessere tribologische Eigenschaften als die Multilagenschichten, während bei höheren Temperaturen letztere besser waren. Weiters ist zu erwähnen, dass segmentierte Targets die Abscheidung mehrer Schichten unterschiedlicher Zusammensetzungen und somit die Untersuchung der damit einhergehenden Entwicklungen der Struktur und Eigenschaften mit nur einem Beschichtungslauf ermöglichen.

Details

Titel in ÜbersetzungGesputterte Cr1-xAlxN Hartstoffschichten mit 0.21 ≤ x ≤ 0.46
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
Datum der Bewilligung16 Dez 2011
StatusVeröffentlicht - 2011