Entwicklung hybrider PVD-Prozesse zur Abscheidung nanostrukturierter, oxinitridischer Hartstoffschichten

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Nathan Christopher Kruppe

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Die verarbeitenden Komponenten der Kunststoffextrusion sind einem komplexen Beanspruchungskollektiv ausgesetzt, das zu Schäden und einer verringerten Produktivität führt. Das Ziel dieser Arbeit ist daher die Auslegung neuer Hartstoffschichten mittels Physical Vapour Deposition (PVD), zum Schutz der Komponenten vor adhäsivem Verschleiß und Korrosion. Um den mechanischen Beanspruchungen zu widerstehen, soll die Beschichtung zusätzlich vor abrasivem Verschleiß schützen, also eine hohe Festigkeit und Bruchzähigkeit aufweisen. Die Wirtschaftlichkeit der Schichtherstellung soll gleichzeitig durch möglichst hohe Schichtwachstumsraten verbessert werden. Die teilweise gegensätzlichen prozessseitigen und werkstoffseitigen Anforderungen können durch die Auslegung des Beschichtungsprozesses, des Werkstoffsystems und der Schichtarchitektur erfüllt werden. Um die hohen Schichtwachstumsraten des direct current Magnetron Sputtering (dcMS) mit den überlegenen Schichteigenschaften des High Power Pulsed Magnetron Sputtering (HPPMS) zu vereinen, wird für die Schichtherstellung der neue hybride dcMS/HPPMS-Prozess verwendet. Die Auslegung der Beschichtungen erfolgt im Werkstoffsystem Cr-Al-O-N. Als Architektur der Hartstoffschicht ist ein mehrlagiger Aufbau vorteilhaft, bei dem jeder Einzellage bestimmte Funktionen zugeordnet werden. Sie besteht aus einem duktilen, metallischen und nitridischen (Cr + CrN)-Haftvermittler zum Stahl, einem hochfesten und zähen CrN/AlN-Nanolaminat als tragender Zwischenschicht und einer dünnen (Cr,Al)ON-Decklage. Abschließend erfolgt die Synthese der vielversprechendsten Einzellagen zu einem mehrlagigen Schichtsystem, das innerhalb eines einzigen Beschichtungsprozesses durch Variation der Parameter generiert wird.