Microstructure and stress influence on phase transformations

Hartstoffschichten werden seit 1970 erfolgreich zur Lebensdauersteigerung als Verschleißschutzschichten für verschiedenste, vor allem zerspanungsbearbeitende, Werkzeug eingesetzt. In der modernen Hartstoffschichtentwicklung spielen vor allem binäre und ternäre Nitride der Übergangsmetalle eine entscheidende Rolle aufgrund ihrer hervorragenden chemischen, physikalischen und mechanischen Eigenschaften wie hoher Härte, hoher "Schmelzpunkt", sowie chemischer und thermischer Stabilität. Derartiger Schichten sind sehr oft aus metastabilen Phasen aufgebaut, da ihre Herstellung über die Dampfphase erfolgt. Somit ist vor allem die Stabilität und Transformation dieser Phasen von großer Bedeutung, da dadurch die Schichteigenschaften (wie Härte, Temperatur- und Oxidationsbeständigkeit) stark verändert werden können. Titanaluminiumnitrid (Ti1-x Alx N) wurde in den späten 1980-iger Jahren als erfolgversprechende Alternative zu TiN entwickelt. Ti 1-x Alx N weist sich mit einer höheren Oxidationsbeständigkeit und besseren Zerspanungsergebnissen gegenüber TiN aus. Die Untersuchungen an Ti 1-x Alx N Hartstoffschichten konzentrieren sich im Wesentlichen auf den Einfluss der Chemie (hier vor allem der Al Gehalt) auf die Phasenübergänge und Eigenschaften. Hingegen, wurden erst kürzlich vom Antragssteller auch die Einflüsse der Herstellbedingungen auf die Mikrostruktur und Phasenstabilität untersucht. Hier sind vor allem die während der Herstellung und einer Phasentransformation generierten Spannungen in den Schichten von großem Interesse. Für diesen Typ an Hartstoffschichten gibt es nur sehr limitierte Informationen über die Korrelation zwischen Phasentransformation, Spannungen und Mikrostruktur (wie z.B. Korngröße). Deshalb soll der Einfluss der Herstellbedin-gungen auf Spannungen und in Folge auf Phasenumwandlungen und den damit verbundenen Eigenschaften von Ti 1-x Alx N Hartstoffschichten wie Härte und thermischer Stabilität im Rahmen des beantragten Projektes untersucht werden. Vor allem die durch die Herstellung und Phasenumwandlung hervorgerufenen Spannungen sind von großer Bedeutung, da die Stabilität von kubischen AlN druckabhängig ist. Die experimentellen Untersuchungen werden von Computerunterstützer Forschung mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode und Dichte-Funktional-Theorie ergänzt. Multilagen oder Supergitter Ti 1-x Alx N/AlN Hartstoffschichten sollen entwickelt werden um den Einfluss von Kohärenzspannungen auf Phasentransformationen der individuellen kubisch (c) stabilisierten Ti 1-x Alx N und AlN Einzellagen zu studieren. Durch Variation der chemischen Zusammensetzung der Ti 1-x Alx N Einzellagen kann der Gitterparameterunterschied (und damit die Kohärenzspannung) zu den kubischen AlN Einzellagen variiert werden. Die Untersuchungen an diesen Modell-Systemen tragen zum Verständnis und somit zur Kontrolle der Phasentransformationen in Ti 1-x Alx N basierenden Hartstoffschichten bei. Dies erlaubt ein wissensbasiertes Maßschneider von Materialien für zukünftige industrielle Anforderungen.