Neue Multilayerbeschichtungen für den Einsatz im Bereich der Hochgeschwindigkeitszerspanung
Die Hochgeschwindigkeitszerspanung war bisher die beste Möglichkeit, die Effizienz und die Genauigkeit der Metallzerspanung zu erhöhen. Es wurden jedoch neue Legierungen entwickelt, die nur schwer zerspanbar sind. Darüber hinaus haben neue Bestimmungen zum Gesundheits- und Umweltschutz zur Reduzierung des Einsatzes von Schneidflüssigkeiten als Schmier- und Kühlstoff während des Zerspanvorgangs geführt. Schneidflüssigkeiten stellen ein Abfallprodukt dar, welches in großer Menge anfällt, ihre Entsorgung ist teuer, zudem werden sie mit Erkrankungen der Atemwege und Krebs in Verbindung gebracht. Während des HIPERCUT-Projekts wurde eine neue Generation von Werkzeugen zur Verwendung im Bereich der Hochgeschwindigkeitszerspanung entwickelt. Die Arbeiten, die am Forschungszentrum Tekniker in Spanien durchgeführt wurden, befassten sich mit Multilayerbeschichtungen, die aus abwechselnden Schichten von Chromditrid (CrN) und Aluminium-Titan-Nitrid (AlTiN) mit Zwischenschichten aus Chrom-Aluminium-Titan-Nitrid (CrAlTiN) zur Verbesserung der Schichthaftung zusammengesetzt sind. Anhand von Scratch-Tests konnte die Schichthaftung bestimmt werden. Für Proben der Reihe TEK011 konnte eine maximale Last von 60N, für Proben der Reihe TEK012 eine Last von 80N ermittelt werden. Bei keiner dieser Proben konnte ein Ablösen oder ein Abplatzen der Schicht beobachtet werden. Die Beschichtung wies zudem bei Temperaturen von 700°C bis 900°C ein hervorragendes Oxidationsverhalten auf. Die Härte dieser Multilayer-Beschichtung betrug etwa 50GPa, wobei die plastische Erholung berücksichtig wurde. Der Elastizitätsmodul, der zur Bestimmung der Festigkeit verwendet wurde, betrug 450GPa mit einer elastischen Erholung von 66%. Die Wissenschaftler wählten verschiedene Verfahren zur Herstellung von Multilayerbeschichtungen aus AlTiN und AlTiN/CrN aus, um die Verlässlichkeit dieser Beschichtungsverfahren im Hinblick auf die Schichthaftung, die Schichthärte und die Schichtdicke zu bewerten. Das Verfahren wurde dann zum Bau einer PVD-Reaktorkammer (Physical Vapour Deposition, physikalische Gasphasenabscheidung) im industriellen Maßstab aufskaliert. In der PVD-Kammer konnte durch die Abscheidung von verdampftem Material auf der Substratoberfläche eine dünne Schicht erzeugt werden. Die Wissenschaftler haben diese Kammer verwendet, um Änderungen der chemischen Zusammensetzung, der Schichtdicke der einzelnen Monolayer, der gesamten Schichtdicke und der Schichthärte bestimmen zu können.
