Ausscheidungs-Härtung in Hartstoffschichten

Hartstoffschichten auf Basis der Nitride und Boride von Übergangsmetallen sind aufgrund ihrer herausragenden physikalischen, chemischen und mechanischen Eigenschaften Gegenstand vieler wissenschaftlicher Untersuchungen. Diese Eigenschaften sind vor allem bei hoch-beanspruchten Werkzeugen in der metallverarbeitenden Industrie von großer Bedeutung. Speziell durch Steigerung der Warmhärte kann die Werkzeug-Lebensdauer wesentlich verbessert werden. Hierzu bieten Mechanismen wie Aushärtung und spinodale Entmischung von übersättigten Mischkristallen ein hohes Potential. Es ist bekannt, dass Schichten der Modell- Systeme Ti-Al-N und Ti-B-N die mittels physical vapor deposition (PVD) hergestellt wurden übersättigte Mischkristalle bilden, welche bei einer anschließenden Wärmebehandlung in ihre stabilen Phasen entmischen. Analog zu den Aushärte-Mechanismen in Al-Cu Legierungen deuten Voruntersuchungen an Ti-Al-N und Ti-B-N Schichten darauf hin, dass der Entmischungsvorgang mit der Bildung von Zwischenphasen begleitet ist bevor die stabile Zusammensetzung erreicht wird. Derartige Zwischenphasen können kohärent oder teilkohärent zur Matrix sein wodurch Versetzungsaktivitäten behindern werden und somit die Härte ansteigt. Sobald die Schicht eine stabile Phasen-Zusammensetzung erreicht kommt es zu einem Härteabfall, welcher auch als Überalterung bekannt ist. Deshalb sollen während der geplanten Forschungsaktivitäten an der RWTH Aachen detaillierte atomistische Modellierungen sowie experimentelle Untersuchungen an derartigen Schichtsystemen durchgeführt werden um ein generelles Konzept der Ausscheidungshärtung in Hartstoffschichten mit übersättigten Phasen aufstellen zu können. Die Ergebnisse sollen es ermöglichen in die kinetischen und thermodynamischen Vorgänge der Entmischung solcher Hartstoffschichten einzugreifen und dadurch deren Eigenschaftsprofil durch verschiedene Legierungselemente gezielt für individuelle Anwendungen zu designen.