Abscheidung, Charakterisierung und industrielle Anwendbarkeit mehrphasiger CVD-TiCN Beschichtungen

Abstract

Im Rahmen dieser Arbeit wurden unterschiedliche MT- und HT-TiCN-Schichten in einer industriell eingesetzten CVD-Beschichtungsanlage hergestellt. Durch Variation der Abscheidungsparameter wurden die Abscheidungsbedingungen geklärt, unter denen die Herstellung mehrphasiger HT-TiCN-Schichten möglich ist. Die Charakterisierung der hergestellten Beschichtungen erfolgte mittels XRD, REM, TEM, FIB-3D, Lichtmikroskopie und metallographischer Untersuchungsmethoden.<br />Aktuelle Untersuchungen zeigen, dass durch spezielle Führung des HT-CVD Prozesses eine mehrphasige (nanokristalline) TiCN-Schicht mit nadeliger Struktur abgeschieden werden kann (Pitonak et al. -Patent). Vorteile in der industriellen Anwendung sind denkbar, in Bezug auf verbesserte Schichthaftung von nachfolgenden Al2O3 Beschichtungen, Verbesserung der Kolkbeständigkeit in der Stahlzerspanung und/oder Herstellung von bisher nicht industriell eingesetzten CVD-Schichteigenfarben durch gezielte Oxidation der Oberfläche.<br />Die industrielle Anwendbarkeit der, solcher Art hergestellten, HT-TiCN-Beschichtungen mit darauffolgenden Al2O3 Beschichtungen auf Wendeschneidplatten aus Hartmetall, wurde über praxisnahe Zerspanungstests geprüft. Die Tests erstreckten sich auf die unterschiedlichen Zerspanungssbereiche Drehen, Fräsen, Bohren und Drehen.<br />Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass sowohl die Herstellung einer mehrphasigen TiCN-Schicht in einer industriellen CVD-Beschichtungsanlage durchgeführt werden konnte, als auch der vorteilhafte Gebrauchswert dieser Beschichtung beim praktischen Einsatz in der Metallzerspanung nachgewiesen werden konnte.<br />

The scope of this work was the deposition of different MT-TiCN and HT-TiCN-coatings under exertion of an industrial CVD plant. The conditions under which the production of multi-phase HT-TiCN-coatings is possible were examined by variation of the coating parameters. The characterisation of the manufactured coatings was done by XRD, REM, TEM, FIB-3D, light-microscopy and metallographic analyse methods.<br />Current investigations are showing, that by careful control of the process parameters the HT-CVD deposition of a multi-phase (nanocrystalline) TiCN-coating with a needle-shaped structure (Pitonak et al. -patent) becomes possible. The following advantages of the coating are conceivable with regards to industrial application: An optimised adhesion to an adjacent Al2O3 coating layer, an improvement against crater wear during steel-machining and a manufacturing of coatings with intrinsic colours by oxidation of the surface layer.<br />The latter has not yet been transferred to industrial scale CVD.<br />The industrial applicability of HT-TiCN-coatings produced in the described way and combined with Al2O3 coatings was proofed in cutting tests with a practical orientation after depositing them on indexable cemented carbide inserts. The tests included various cutting operations like turning, milling, drilling and bar peeling.<br />In summary, it can be stated, that not only the deposition of a multi-phase HT-TiCN-coating in an industrial CVD coating plant was possible, but also an advantageous practical value of this coating could be verified in metal cutting tests.