Abscheidung nanostrukturierter Verschleißschutzschichten für Zerspanwerkzeuge mittels Kathodenzerstäubung

Heutzutage zählen Schichtsysteme wie (Ti,Al)N und (Cr,Al)N zu den marktüblichen Beschichtungen von Zerspanwerkzeugen. Mit fortschreitender Verbesserung von Werkstoffen steigen jedoch die Anforderungen an die Schichten, wodurch die Entwicklung leistungsfähigerer Schichtsysteme erforderlich wird. Vor allem die in letzter Zeit stetig wachsende Bedeutung schwer zerspanbarer Materialien erfordert umfangreiche Verbesserungen der Schichten. Zu den schwer zerspanbaren Materialien zählen vor allem rost- und säurebeständige Stähle, gehärtete Werkzeugstähle sowie Hochtemperaturlegierungen, deren Zerspanung höchste Anforderungen an Haftung, Härte und chemische Beständigkeit der Schichten fordert.Zur Entwicklung besonders leistungsfähiger Schichtsysteme wurde in dieser Arbeit zum einen der Einfluss der Abscheidetechnologie und zum anderen der Einfluss der Schichtzusammensetzung untersucht.Im Hinblick auf die Prozesstechnologie kam das PVD- (Physical Vapor Deposition) Sputterverfahren zum Einsatz. So wurden die Vorteile der gepulsten Abscheideverfahren m. f.- (middle frequency) Puls-Sputtern und HPPMS- (High Power Pulsed Magnetron Sputtering) gegenüber der herkömmlichen d. c.- (direct current) Sputtertechnologie erforscht. Hinsichtlich der Schichtzusammensetzung wurde vor allem die Erhöhung der thermischen und der chemischen Stabilität des Schichtsystems (Ti,Al)N durch Erweiterung um die Elemente Chrom und Silizium untersucht.Bezüglich der Beschichtungstechnologie wurden Vorteile der gepulsten Abscheidung gegenüber dem herkömmlichen d. c.-Sputtern bezüglich Härte, Zähigkeit und Haftung der Schichten erkannt. Hier wurde vor allem das hohe Leistungsvermögen der neuartigen HPPMS-Technologie deutlich, obwohl diese derzeit noch über ein großes Forschungspotenzial verfügt. Durch das Hinzufügen von Chrom und Silizium konnten die Hochtemperatureigenschaften des (Ti,Al)N erheblich gesteigert werden. In umfangreichen Zerspanungstests schwer zerspanbarer Werkstoffe konnte dies unter Beweis gestellt werden.