Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Entwicklung von Schutzschichten gegen Hochtemperaturoxidation für γ-TiAl-Legierungen mittels High Speed Physical Vapour Deposition (HS-PVD). Diese PVD-Verfahrensvariante zeichnet sich durch hohe Abscheideraten, dichtes Plasma und stabile Prozessführung beim reaktiven Sputtern aus, die die Herstellung von oxidationsbeständigen PVD-Beschichtungen besonders attraktiv machen. Im ersten Teil der Arbeit wird die Prozessentwicklung, die die Grundlagen für die nachfolgende Schichtentwicklung bildet, vorgestellt. Hierzu werden Referenzbeschichtungen mit systematisch variierenden Parameterkombinationen hergestellt und charakterisiert, um ein auf die zu entwickelnden Schichtsysteme abgestimmtes Prozessfenster zu ermitteln. Im zweiten Teil der Arbeit werden neuartige Schichtsysteme mittels HS-PVD entwickelt und untersucht. Insgesamt werden vier Schichtsysteme basierend auf (Cr,Al)ON, CrAl, SiAl und SiAlY entwickelt und hinsichtlich der Eignung zum Oxidationsschutz von γ-TiAl-Legierungen bewertet. Die Oxidationsbeständigkeit und das Interdiffusionsverhalten der beschichteten Proben werden mittels isothermer bzw. thermozyklischer Auslagerungsversuche bei einer anwendungsrelevanten Temperatur T = 950 °C untersucht. Abschließend wird ein neuartiger in situ-Wärmebehandlungsprozess bestehend aus Vakuumglühung und Voroxidation in der Beschichtungskammer vorgestellt. Die Ergebnisse zeigen, dass die mittels HS-PVD hergestellten Beschichtungen in Verbindung mit der in situ-Wärmebehandlung eine vielversprechende Lösung für den Hochtemperaturoxidationsschutz von γ-TiAl-Legierungen darstellen.
Aktualisiert: 2021-04-01
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The innovative hot stamping process press hardening offers the potential to produce high-strength and complex structural components for the automotive industry. However, the combination of mechanical and thermal loads in press hardening process places high demands on the tool surface. In addition to the metal forming the cutting processes are also of great importance in the production of structural and functional components. The most rapidly fast growing material group in this sector are the difficult to machine materials such as titanium alloys and hard steels. Unfavorable factors in the processing of these materials are their high strength, their low thermal conductivity and their tendency to work hardening. Nowadays, wear resistant coatings deposited via physical vapour deposition (PVD) and chemical vapour deposition (CVD) have been used in order to extend the lifetime of cutting and forming tools. But the progressive use of difficult to machine materials places high demands on the coatings.
The present work deals with the synthesis and characterization of PVD hard coatings for high temperature tool applications. The focus is on the development of chrome based coatings using the novel high power pulsed magnetron sputtering (HPPMS) technology. For this reason, a (Cr,Al)N hard matrix is modified with different alloying elements that form so-called Magnéli phases. Afterwards, the high temperature behaviour of the coatings is investigated by annealing test in atmosphere. The investigation of the tribological behaviour is carried out using a high temperature tribometer. Finally, coated tools are tested in press hardening and turning experiments in order to evaluate their performance and feasibility for hot forming and cutting applications.
Aktualisiert: 2019-12-12
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Heutzutage werden bei industriellen Anwendungen chrombasierte ternäre Schichtsysteme wegen ihres sehr guten tribologischen Verhaltens bevorzugt eingesetzt. Zur Verbesserung von Umformprozessen wurden mono- und multilagige ternäre Schichtsysteme (PVD) mit bionischen Oberflächenstrukturen kombiniert und analysiert. Zahlreiche Versuche an Proben im Labormaßstab wurden durchgeführt, um die beste Struktur-Schicht-Kombination zu ermitteln. Schließlich konnte durch die Anwendung dieser optimierten bionischen Dünnschicht der Prozess der inkrementellen Umformung verbessert werden.
Aktualisiert: 2019-11-19
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