Nanokristalline y-Al2O3 Schichten, - Grundlegende Untersuchungen zu Synthese, Struktur und Zerspanungseigenschaften
Final Report Abstract
Im Rahmen des 2. Projektzeitraumes sollte sowohl die Korngröße sowie die Morphologie der γ-Al2O3-Schicht verändert werden. Erreicht werden sollte dies durch die Dotierung der γ-Al2O3-Schicht mit verschiedenen Elementen. Neben der Kornfeinerung zielten wir hiermit auf eine Beeinflussung der Schichtmorphologie, so dass die Sauerstoffdiffusion durch die Schicht unterbunden bzw. gemindert wird, ab. Die modifizierten Schichten sollten in der Zerspanung untersucht werden. Um die Leistungsfähigkeit der Al2O3-Schicht in der Zerspanung zu gewährleisten, war in der ersten Antragsphase eine (Ti,Al)N-Haftvermittlerschicht zum Einsatz gekommen. Es zeigte sich, dass unter Atmosphärenbedingungen, die Bildung von α-Al2O3 eng mit den Phasenumwandlungen des Interlayers verknüpft war. Um weitere Aussagen über die Stabilität der γ- Phase machen zu können, war es daher wichtig zu ermitteln, in wie weit bzw. ob ein temperaturstabilerer Interlayer, die Phasenumwandlung des Aluminiumoxids beeinflusst. Es wurden Diffusions- und Triboversuche sowie Zerspanversuche an dem austenitischen Stahl X6CrNiMoTi17-12-2, an der Nickelbasislegierung Inconel 718 und dem Einsatzstahl 16MnCr5 durchgeführt. Hinsichtlich der entwickelten Schichtsysteme ist folgendes Fazit aus den Untersuchungen zu ziehen: Es zeigte, sich dass der Weg über die Veränderung des Morphologie der γ-Al2O3-Schicht vielsprechender als der Einsatz eines CrAlN-Interlayers anstelle des TiAlN-Interlayers ist. Die Morphologie der γ-Al2O3-Schicht wurde durch das Dotieren mit Elementen wie Silizum verändert. Dies zeigte nicht nur positive Auswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften und die mittels Glühversuchen analysierte thermische Stabiliät, es konnten mit der Dotierung auch positive Effekte im Bereich der Zerspanung erzielt werden. Die Ergebnisse aus den tribologischen Untersuchungen führten zu einem besseren Verständnis des Schichtverhaltens und stellten zudem eine wichtige Ausgangsbasis für die Abbildung der tribologischen Kontaktverhältnisse im FE-Modell dar. Die Abbildungsgenauigkeit des FE-Modells konnte durch experimentell bestimmte Größen, die als Eingangsgrößen für das Modell dienten, deutlich verbessert werden. Die Erkenntnisse sind von großer wissenschaftlicher wie auch wirtschaftlicher Bedeutung. Im bereits bewilligten DFG-Transfervorhaben soll der Wissens- und Erfahrungstransfer in das industrielle Umfeld erfolgen.
Publications
- Deposition of γ-Alumina PVD Coatings and Analysis of Their Performance in Machining of Austenitic Steels. Proceedings of 4th CIRP International Conference on High Performance Cutting, Gifu, Japan, 2010
Klocke, F.; Cordes, S.E.; Gerschwiler, K.; Lung, D.; Bobzin, K.; Bagcivan, N.; Ewering, M.
- Performance of γ-Al2O3-based Coatings and Environmentally Friendly Lubricants in Cutting Operations of Difficult-to-machine Materials. In: Key Engineering Materials, Vol. 438, 2010, pp. 203-209
Klocke, F.; Cordes, S.E; Gerschwiler, K.
- Effect of Crystalline Alumina Coatings on Friction and Adhesion Mechanism of Cemented Carbide Cutting Tools. Proceedings of the 9th THE’A’ Conference, Thessaloniki, Greece, pp. 99-104, 2011
Cordes, S. E.
- PVD-Alumina Coatings on Cemented Carbide Cutting Tools: A Study About the Effect on Friction and Adhesion Mechanism. Tribology in Industry, Vol. 34, 2012, Iss. 1, pp. 24-28
Cordes, S. E.
- Thermal Stability of γ-Alumina PVD Coatings and Analysis of Their Performance in Machining of Austenitic Stainless Steels. In: CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology, Iss. 5, 2012, pp. 20-25
Cordes, S.E.
