Nelson Filipe Lopes Dias, 2024
| Titel | Elementmodifizierte Dünnschichtsysteme aus amorphem Kohlenstoff für tribologisch beanspruchte Werkzeugstähle | |
| Autor/Autor | Nelson Filipe Lopes Dias | |
| Verleger | Vulkan Verlag GmbH | |
| Erscheinungsjahr | 2024 | |
| Gesamttitel | Werkstofftechnologische Schriftenreihe ; Band 26 | |
| Hochschulschrift | Zugl.: Dortmund, Technische Universität Dortmund, 2024 | |
| ISBN | 978-3-8027-8833-8 | |
| Sprache | Deutsch | |
| Schlagwörter | Physikalische Gasphasenabscheidung, Amorphe Kohlenstoffschichten, Dünnschichten, Werkzeugstähle | |
| Bezugsquelle | 31,50€ beim Vulkan-Verlag |
Kurzfassung
Amorphe Kohlenstoffschichten zeichnen sich durch eine hohe Härte, niedrige Reibung und hohe Verschleißbeständigkeit aus und sind daher effektive Schichtsysteme zur Verbesserung des Reib- und Verschleißverhaltens von tribologisch beanspruchten Werkzeugen. Diese kohlenstoffbasierten Dünnschichten weisen allerdings eine niedrige Haftung auf metallischen Substraten auf. Da adhäsive Schichtschädigungen zu einem frühzeitigen Werkzeugausfall führen, ist eine hohe Haftfestigkeit der amorphen Kohlenstoffschichten auf dem Werkzeugstahl entscheidend für die tribologische Leistungsfähigkeit und eine langlebige Einsatzzeit des beschichteten Werkzeugs. Dieser Herausforderung wird mit der Entwicklung einer Substrat/Schichtgestaltung zur Steigerung der Schichthaftung auf den Werkzeugstählen und der Anpassung der tribo-mechanischen Eigenschaften begegnet. Die Prozesskette, bestehend aus der Plasmavorbehandlung der Werkzeugstähle und der nachfolgenden Synthese einer chemisch gradierten Zwischenschicht sowie einer multilagigen Funktionsschicht aus amorphem Kohlenstoff, wird systematisch in Abhängigkeit des verwendeten Werkzeugstahls untersucht. Dabei werden verschiedene Verfahrensvarianten der Magnetron-Kathodenzerstäubung für die Substratvorbehandlung und Schichtsynthese genutzt.
Für die Werkzeugstähle wird ein signifikanter Einfluss der Grundhärte auf die Schichthaftung identifiziert. Weiterhin bestimmt die Risszähigkeit der Stähle die dynamische Festigkeit der Substrat/Schichtsysteme.
Im Schichtaufbau wirkt sich vor allem der Eigenspannungszustand der Zwischenschicht auf die Haftung der gesamten Schichtstruktur aus. Zudem zeigt die chrombasierte Zwischenschicht eine gute chemische Anbindung auf den Stählen. Durch eine Substratvorbehandlung mit der Hochleistungsimpuls-Magnetron-Kathodenzerstäubung zur Erzeugung von hochenergetischen Chromionen wird der chemische Haftmechanismus in der Substrat/Dünnschicht-Grenzfläche verstärkt, sodass sich eine zusätzliche Steigerung der Haftung auf den Werkzeugstählen ergibt. Ein alternierender Multilagenaufbau mit elementmodifizierten Dünnschichten aus amorphem Kohlenstoff beeinflusst maßgeblich die mechanischen Eigenschaften sowie das Reib- und Verschleißverhalten der Funktionsschicht. Der multilagige Schichtaufbau kombiniert hierbei die vorteilhaften tribologischen Eigenschaften der elementmodifizierten Schichtsysteme mit denen von nicht-modifiziertem amorphem Kohlenstoff. Die erzielten Resultate geben ein grundlegendes Verständnis des Einflusses der Substrat / Schichtgestaltung in Abhängigkeit des verwendeten Werkzeugstahls auf die Eigenschaften und Haftung von amorphen Kohlenstoffschichten für tribologische Anwendungen.