Tribo-aktive Hartstoffschichten für Hochtemperaturanwendungen
Entwicklung von AlCrVYN-Dünnschichten mittels hybrider dcMS/HiPIMS-Prozessführung
![AICrVYN-Probe](/storages/lwt-mb/r/Veranstaltungen___News/2023-12-20_Tribo-aktive_Hartstoffschichten_Kachel.png)
Entwicklung von AlCrVYN-Dünnschichten mittels hybrider dcMS/HiPIMS-Prozessführung
In einer interdisziplinären Kooperation zwischen dem Lehrstuhl für Werkstofftechnologie und dem Zentrum für Synchrotronstrahlung (Dortmunder Elektronenspeicherringanlage, DELTA) der Fakultät Physik arbeiten die Wissenschaftler*innen an der Entwicklung innovativer AlCrN-basierter Dünnschichten für tribologische Hochtemperaturanwendungen. Die ternären AlCrN-Dünnschichten stellen etablierte Dünnschichtsysteme für die Werkzeugbeschichtung dar und sind bereits umfassend erforscht worden. Das von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderte Forschungsprojekt „Grundlagenuntersuchungen zur pre-prozess und in-operando Oxidation tribo-aktiver Hartstoffschichten“ zielt darauf ab die Schichteigenschaften von AlCrN-Dünnschichten durch Hinzugabe der Modifikationselemente V und Y für die Hochtemperatur weiter zu verbessern. Im reaktiven Zerstäubungsprozess soll zudem die Abscheidung O-haltiger AlCrVYN-Dünnschichten erfolgen. Durch eine kontrollierte Prozessführung sollen sogenannte Magnéli-Phasen V2nO5n−1 mit reibmindernden Eigenschaften erzeugt werden. Die Zusammenarbeit zwischen den beiden Forschungseinrichtungen soll dabei ein umfangreiches Verständnis der Prozess-Struktur-Eigenschaftsbeziehungen dieser neuartigen Schichtsysteme schaffen.
In ersten Untersuchungen wurde der Einfluss des Beschichtungsprozesses auf AlCrN- sowie AlCrVYN-Dünnschichten analysiert. Es wurde eine hybride dcMS/HiPIMS-Prozessführung als Ansatz gewählt, wodurch Schichten mit Härten von bis zu 30 GPa erzeugt wurden. Durch die Kombination der kontinuierlichen dcMS-Variante mit dem höherenergetischen HiPIMS-Verfahren konnten die Vorteile der jeweiligen Technologien ausgenutzt werden. So zeigten die Schichten eine feinkörnige und dichte Struktur, woraus die hohe Härte resultierte, während zusätzlich die Abscheiderate gesteigert werden konnte.
![REM-Aufnahmen der Topographie der AlCrN- und AlCrVYN-Dünnschichten, die mittels dcMS-, HiPIMS- und dcMS/HiPIMS-Verfahren abgeschieden wurden (Elsevier, CC BY 4.0 DEED)](/storages/lwt-mb/_processed_/8/2/csm_2023-12-20_Tribo-aktive_Hartstoffschichten_Abb1_45f93c4c87.png)
Die Ergebnisse zur AlCrVYN-Schichtentwicklung durch den Einsatz der dcMS-, HiPIMS- und dcMS/HiPIMS-Verfahren wurden im Special Issue „Hybrid Coatings and Nanocomposite Films“ des Open-Access-Journals „Hybrid Advances“ veröffentlicht. Der vollständige Beitrag steht unter folgendem Link zur Verfügung: https://doi.org/10.1016/j.hybadv.2023.100120
Verfasst von Finn Ontrup, 20.12.2023