Erweiterung der Grenzen der Hartstoffbeschichtung durch Nanostrukturierung

Hartstoffschichten ermöglichen die Verbesserung bewährter und die Entwicklung neuartiger Produkte. Bei geringstem Materialaufwand lassen sich mit solchen Schichten Wirkungen erzielen, die auf eine andere Weise nicht erreichbar wären. Dünne Hartstoffschichten bis 10 µm werden seit Jahrzehnten zum Verschleißschutz von Werkzeugen und Bauteilen eingesetzt. Der zu den PVD-Verfahren zählende Vakuumbogenprozess (Arc-PVD) wird in der Industrie in großem Umfang zur Abscheidung nitridischer Hartstoffschichten eingesetzt. Als besonders vorteilhaft sind dabei die hohe Ionenenergie im fast vollständig ionisierten Plasma, die damit verbundenen hervorragenden Schichteigenschaften (Mikrohärte, Haftung, Struktur) und die relativ unkomplizierte, robuste und flexible Anlagentechnik anzusehen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein nanostrukturierte AlCr(Si)N/TiN Hartstoffsystem entwickelt, welches sich mit dem Arc-PVD-Prozess homogen in Schichtdicken größer 50 µm aufbringen lässt und damit neue Einsatzbereiche für die Hartstoffbeschichtung eröffnet. Durch das definierte Schichtdesign im Nanometermaßstab kann einerseits das Eigenspannungsniveau stark abgesenkt werden und zusätzlich wird das Wachstum von Defektstrukturen unterdrückt. Die gewonnen Erkenntnisse bei der Herstellung dicker Schichten ermöglichen auch Verbesserungen der Eigenschaften dünner Schichten bis 10 µm

Erweiterung der Grenzen der Hartstoffbeschichtung durch Nanostrukturierung

Hartstoffschichten ermöglichen die Verbesserung bewährter und die Entwicklung neuartiger Produkte. Bei geringstem Materialaufwand lassen sich mit solchen Schichten Wirkungen erzielen, die auf eine andere Weise nicht erreichbar wären. Dünne Hartstoffschichten bis 10 µm werden seit Jahrzehnten zum Verschleißschutz von Werkzeugen und Bauteilen eingesetzt. Der zu den PVD-Verfahren zählende Vakuumbogenprozess (Arc-PVD) wird in der Industrie in großem Umfang zur Abscheidung nitridischer Hartstoffschichten eingesetzt. Als besonders vorteilhaft sind dabei die hohe Ionenenergie im fast vollständig ionisierten Plasma, die damit verbundenen hervorragenden Schichteigenschaften (Mikrohärte, Haftung, Struktur) und die relativ unkomplizierte, robuste und flexible Anlagentechnik anzusehen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein nanostrukturierte AlCr(Si)N/TiN Hartstoffsystem entwickelt, welches sich mit dem Arc-PVD-Prozess homogen in Schichtdicken größer 50 µm aufbringen lässt und damit neue Einsatzbereiche für die Hartstoffbeschichtung eröffnet. Durch das definierte Schichtdesign im Nanometermaßstab kann einerseits das Eigenspannungsniveau stark abgesenkt werden und zusätzlich wird das Wachstum von Defektstrukturen unterdrückt. Die gewonnen Erkenntnisse bei der Herstellung dicker Schichten ermöglichen auch Verbesserungen der Eigenschaften dünner Schichten bis 10 µm

Erweiterung der Grenzen der Hartstoffbeschichtung durch Nanostrukturierung

Hartstoffschichten ermöglichen die Verbesserung bewährter und die Entwicklung neuartiger Produkte. Bei geringstem Materialaufwand lassen sich mit solchen Schichten Wirkungen erzielen, die auf eine andere Weise nicht erreichbar wären. Dünne Hartstoffschichten bis 10 µm werden seit Jahrzehnten zum Verschleißschutz von Werkzeugen und Bauteilen eingesetzt. Der zu den PVD-Verfahren zählende Vakuumbogenprozess (Arc-PVD) wird in der Industrie in großem Umfang zur Abscheidung nitridischer Hartstoffschichten eingesetzt. Als besonders vorteilhaft sind dabei die hohe Ionenenergie im fast vollständig ionisierten Plasma, die damit verbundenen hervorragenden Schichteigenschaften (Mikrohärte, Haftung, Struktur) und die relativ unkomplizierte, robuste und flexible Anlagentechnik anzusehen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein nanostrukturierte AlCr(Si)N/TiN Hartstoffsystem entwickelt, welches sich mit dem Arc-PVD-Prozess homogen in Schichtdicken größer 50 µm aufbringen lässt und damit neue Einsatzbereiche für die Hartstoffbeschichtung eröffnet. Durch das definierte Schichtdesign im Nanometermaßstab kann einerseits das Eigenspannungsniveau stark abgesenkt werden und zusätzlich wird das Wachstum von Defektstrukturen unterdrückt. Die gewonnen Erkenntnisse bei der Herstellung dicker Schichten ermöglichen auch Verbesserungen der Eigenschaften dünner Schichten bis 10 µm

Herstellung von Cr2AlC-MAX-Phasen - Schichten mit dem Arc-PVD-Verfahren

MAX-Phasen-Werkstoffe als dünne Schutzschichten bieten vielversprechende Eigenschaften für zahlreiche Anwendungen bei chemisch und thermisch hoch belasteten Bauteilen. Sie sind gekennzeichnet durch eine nanolaminare Struktur, welche zu einer Kombination metallischer und keramischer Eigenschaften führt. Ziel der Arbeiten war die Herstellung von Cr2AlC-MAX-Phasen-Schichten mit der dc- Arc-Technologie. Dieses Verfahren ist weit verbreitet und wird insbesondere für die Werkzeugbeschichtung eingesetzt. Für die Herstellung der Cr2AlC-MAX-Phasen-Schichten wurden verschiedene Prozessansätze genutzt. In einer ersten Variante erfolgte die Synthese unter Nutzung reiner Elementkathoden aus Aluminium, Chrom und Kohlenstoff. In einem zweiten Ansatz wurden dem Prozess die metallischen Komponenten über eine Kompositkathode (AlCr 50/50 at%) und der Kohlenstoff über ein Reaktivgas (C2H2) zugeführt. Die Substrattemperatur während der Beschichtung wurde im Bereich zwischen ca. 200° C und 900°C variiert. Chemische Zusammensetzung, Morphologie und Mikrostruktur wurden mittels energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDX), Glimmentladungsspektroskopie (GDOES), Rasterelektronenmikroskop (REM) und Röntgendiffraktometrie (XRD) untersucht. Die bei niedrigen Temperaturen (ca. 200°C) erzeugten Schichten enthielten keine MAX-Phasen, demgegenüber konnte in den bei ca. 800°C hergestellten Schichten ein hoher Anteil an MAX-Phase nachgewiesen werden. Die Schichten wurden bzgl. Erosionsbeständigkeit untersucht. Es wurde nachgewiesen, dass mit hohem MAX-Phasen- Anteil in der Schicht und geeigneter Morphologie eine ausgezeichnete Erosionsbeständigkeit erreichbar ist. Das Potential der Arc-PVD-Technologie zur Herstellung von MAX – Phasen- Schichten konnte an Hand der erreichten Ergebnisse demonstriert werden. Für die Umsetzung eines industriellen Arc-Beschichtungsprozesses für reine Cr2AlC-MAX-Phasen-Schichten ist allerdings noch weitere Entwicklungsarbeit zu leisten

Verfahren zur Herstellung einer Hartstoffbeschichtung auf metallischen, keramischen oder hartmetallischen Bauteilen sowie eine mit dem Verfahren hergestellte Hartstoffbeschichtung

Producing a hard material coating on metallic, ceramic or hard-metallic components, in which e.g. aluminum chromium nitride, aluminum chromium silicon nitride, aluminum titanium nitride or aluminum chromium silicon nitride/zirconium nitride is formed and have a layer thickness of at least 50 mu m, using a physical vapor deposition (PVD) method, in which within a vacuum chamber, in which a nitrogen partial pressure of greater than 2.5 (preferably greater than 5) Pa is maintained, contains at least one of metallic elements in the coating, and a silicon is contained in the coating, is claimed. Producing a hard material coating on metallic, ceramic or hard-metallic components, in which aluminum chromium nitride, aluminum chromium silicon nitride, aluminum titanium nitride, aluminum titanium silicon nitride, aluminum chromium nitride/titanium nitride, aluminum titanium silicon nitride/titanium nitride, aluminum chromium nitride/zirconium nitride or aluminum chromium silicon nitride/zirconium nitride is formed and have a layer thickness of at least 50 mu m, using a PVD method, in which within a vacuum chamber, in which a nitrogen partial pressure of greater than 2.5 (preferably greater than 5) Pa is maintained, contains at least one of the metallic elements in the coating, and a silicon is contained in the coating, is claimed, where a silicon-containing vapor source is operated to form the coating on the component surface, and an electrically negative bias voltage of at least 250 (preferably 500) V is applied at least during the formation of the coating to the component to be coated. An independent claim is included for the hard material coating manufactured by the above method, where the coating has a hardness of at least 2500 HV, thus the residual stress of the coating is less than 2 GPa and a fine crystalline structure with a grain size of smaller than 100 nm is observed and within the coating, the proportion of individual chemical elements forming the coating are varied

Wie Nanostrukturierung die Grenzen der Hartstoffbeschichtung erweitert: Dicke Hartstoffschichten, hergestellt mit einer PVD-Dünnschichttechnik

Hard material coatings have been used for decades to protect tools and components from wear. Using PVD or CVD processes, metal nitrides, oxides, carbides, or amorphous carbon coatings can be formed, all significantly harder than tool steel or hard metals. Typical thickness of such coatings is up to 10 μm. Formation of such coatings on the industrial scale is now an established technology although deposition of thicker coatings (>> 10 μm) using PVD is more challenging. In addition to problems arising from internal stress in such deposits, the thicker coatings often exhibit inhomogeneous structures, typically caused by growth defects or occluded particles. Formation of such defects or at least, inhibiting their propagation, must be prevented as far as possible during the coating process. This can be achieved for example, by using a special layer design on the nanometre scale. Using experimental results, some aspects of this approach are described in detail

Nano-Design für Makroschichten. Anwendungsperspektiven für PVD-Beschichtungen bis 100 μm Dicke

Nano design for macroscopic coatings – new application potentials by PVD coatings up to 100 μm thickness. Non-homogeneous coatings still limit the application of thicker layers due to defect growth and irregular layer thickness distribution along the surface of complex shaped components. Therefore, the layer thickness is usually limited to about 10 μm. In order to limit the surface roughness by the growing layer, multilayer coating systems are deposited by highly ionized plasmas. This allows significantly smoother layers to be produced, which until now could only be produced by mechanical finishing. Furthermore, by combining selected material systems and targeted parameter selection, structures can be deposited during coating, especially on edges, which result in a reduction of the cutting edge radius. In future, edge geometries should therefore be able to be specifically adjusted through the coating process

Evaluation of super hard ta-C coatings for the machining of synthetic materials: Presentation held at 45th International Conference on Metallurgical Coatings and Thin Films, ICMCTF 2018, April 23-27, 2018, San Diego

The superhard ta-C carbon coatings are outstandingly suited as friction-reducing protective coatings for lubricated and non-lubricated application conditions. They can be deposited on all kinds of tools and components with very good adhesion over a wide coating thickness range. The coating is applied with the Laser-Arc technology, particularly developed for ta-C coatings. In order to obtain a high ta-C coating quality with low defect densities, a plasma filtering technique is used. With hardness of up to 70 GPa, ta-C coatings nearly reach the hardness of nanocrystalline diamond coatings. This results in an unusually high resistance to abrasive wear, above all in the machining of challenging composite materials. At the same time, the carbon surface reduces adhesion of material and causes very low friction between the tool edge and the cutting chips. The combination of hardness and low friction provides ta-C coatings with a special advantage for the processing of composite materials

Mutations in the cyclin family member FAM58A cause an X-linked dominant disorder characterized by syndactyly, telecanthus and anogenital and renal malformations

We identified four girls with a consistent constellation of facial dysmorphism and malformations previously reported in a single mother-daughter pair. Toe syndactyly, telecanthus and anogenital and renal malformations were present in all affected individuals; thus, we propose the name 'STAR syndrome' for this disorder. Using array CGH, qPCR and sequence analysis, we found causative mutations in FAM58A on Xq28 in all affected individuals, suggesting an X-linked dominant inheritance pattern for this recognizable syndrome