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DFG: Untersuchung zum Einfluss der Herstellungsbedingungen und des Designs auf die tribo-mechanischen Eigenschaften und Eigenspannungen mehrlagiger PVD-Schichtsysteme

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Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens soll grundlegend untersucht werden, wie die Eigenspannungen durch den Mehrlagenschichtaufbau und die technologischen Parameter des Herstellungsprozesses eingestellt werden können, um die Lebensdauer der Schichten zu erhöhen. Hierzu werden nicht nur Eigenspannungswerte der Einzellagen, sondern auch Eigenspannungstiefenprofile des Gesamtsystems ermittelt. Darüber hinaus sollen Eigenspannungstiefenprofile im Substrat vor dem Schichtabscheiden, der Spannungszustand unter Last sowie die Härte und der Verschleiß untersucht werden. Auf Basis der experimentell gewonnenen Erkenntnisse wird ein FE-Modell entwickelt, das die Abhängigkeit des Eigenspannungsverlaufs in der Probe vom Eigenspannungsverlauf im Substrat vor dem Schichtabscheiden und dem Mehrlagenschichtaufbau beschreibt. Mit diesem Modell werden im Rahmen von Simulationsrechnungen Eigenspannungsprofile verschiedener Mehrlagen-Schichtsysteme vorhergesagt und durch Eigenspannungsmessungen validiert. Auf diese Weise soll die Entwicklung neuer Systeme beschleunigt werden.

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Abbildung 1: Eigenspannungszustand Ti/TiAlN-Beschichtungen

Veröffentlichungen:

  • Vogli, E.; Tillmann, W.; Selvadurai-Laßl, U.; Fischer, G.; Herper, J.: Influence of Ti/TiAlN-multilayer designs on their residual stresses and mechanical properties. Applied Surface Science, 257 (2011) 8550-8557.
  • Tillmann, W.; Dildrop, M.; Sprute, T.: Influence of nitriding parameters on the tribological properties and the adhesion of Ti- and Cr- based multilayer designs. Surface and Coatings Technology 260 (2014) 380-385.
  • Sprute, T.; Tillmann, W.; Grisales, D.; Selvadurai, U.; Fischer, G.: Influence of substrate pre-treatments on residual stresses and tribo-mechanical properties of TiAlN-based PVD coatings. Surface and Coatings Technology 260 (2014) 369-379.
  • Fischer, G.; Selvadurai, U.; Nellesen, J.; Sprute, T.; Tillmann, W.: Analysis of stress gradients in physical vapour deposition multilayers by X-ray diffraction at fixed depth intervals. Journal of Applied Crystallography 47 (2014) 335-345.
  • Al-Bukhaiti, M.A.; Al-hatab, K.A.; Tillmann, W.; Hoffmann, F.; Sprute, T.: Tribological and mechanical properties of Ti/TiAlN/TiAlCN nanoscalemultilayer PVD coatings deposited on AISI H11 hot work tool steel. Applied Surface Science 318 (2014) 180-190.
  • Selvadurai, U.; Tillmann, W.; Fischer, G.; Sprute, T.: The influence of multilayer design on residual stress gradients in Ti/TiAlN systems. Materials Science Forum 768-769 (2014) 264-271.
  • Tillmann, W.; Sprute, T.; Hoffmann, F.; Selvadurai, U.: The Influence of Bias Voltage on Tribological Behavior and Residual Stresses of Cr/CrAlN Multilayer Systems. China Surface Engineering 26 (2013) 3.
  • Selvadurai-Laßl, U.; Crostack, H.-A.; Fischer, G.; Nellesen, J.; Tillmann, W.; Gathen, M.; Rothkirch, A.: Effect of microstructure on residual stresses in sintered diamond-metal composites. Advanced Engineering Materials 11 (2009) 465-470.
  • Tillmann, W.; Vogli, E.; Momeni, S.: Mechanical and tribological properties of Ti/TiAlN duplex coatings on high and low alloy tool steels. Vacuum 84 (2009) 387–392.
  • Tillmann, W.; Selvadurai-Laßl, U.; Vogli, E.; Fischer, G.; Hoffmann, F.: Röntgenographische Eigenspannungsermittlung am Beispiel von PVD-Multilayer-Beschichtungen. Materials Science and Engineering Technology 41 (2010) 482–488.