Kombinationsverfahren zur Reduktion des Verschleißes an Diamantwerkzeugen bei der Mikrozerspanung von Eisenbasiswerkstoffen

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Durch Magnetronsputtern ist die Abscheidung homogener und haftfester Titanbeschichtungen auf Diamantwerkzeugen gelungen. Nachfolgende Wärmebehandlungen im Hochvakuum führen zur Bildung einer wenige Nanometer dicken Carbidzone am Diamant-Titan-Interface. Derart behandelte Werkzeuge zeigen im Zerspanversuch nach einem Schnittweg von 1130 mm reproduzierbar eine ca. 30%ige Reduktion der Verschleißmarkenbreite gegenüber unbehandelten Diamantwerkzeugen, wobei sich auch das Verschleißbild ändert. Aufbauend auf diesen Ergebnissen konzentrieren sich die Forschungsarbeiten in der verbleibenden Projektlaufzeit auf Kombinationsverfahren aus PVD-Sputterbeschichtung von Titan und Wolfram mit anschließender Glühbehandlung zur Carbidbildung am Diamant-Metall-Interface. Nach den bisherigen Erfahrungen ist nur durch Sputterverfahren eine kovalente (carbidische) Anbindung der Metallfilme an die Diamantoberfläche zu erreichen, was auf das Absputtern der obersten durch Sauerstoff oder Wasserstoff abgesättigten Atomlagen der Diamantoberfläche zurückzuführen ist, welche als Diffusionsbarriere wirken und so eine kovalente Anbindung des Titans an die Diamantoberfläche verhindern. Der verschleißmindernde Effekt thermochemisch erzeugter TiCRandzonen soll durch verschiedene Maßnahmen weiter erhöht werden. So hat sich beispielsweise die Durchführung der Wärmebehandlung als schwierig erwiesen, da Titan auch bei geringsten Sauerstoffpartialdrücken stark oxidiert. Um in Zukunft auch Wärmebehandlungen über 450°C im Hochvakuum durchführen zu können, sind sowohl apparative als auch beschichtungstechnische Maßnahmen geplant. So soll in einen bestehenden Vakuumrezipienten eine Heizung eingebaut werden, die auch Wärmebehandlungen über 600°C im Hochvakuum ermöglicht. Andererseits soll die Randschichtoxidation durch Aufbringen von Gold- oder Platinschichten auf der carbidbildenden Schicht verhindert werden. Neben der thermochemischen TiC- und WC-Bildung soll in der verbleibenden Projektphase auch die Möglichkeit einer Carbidabscheidung durch reaktives Magnetronsputtern untersucht werden, wobei allerdings zur Maximierung der Schichthaftung jeweils eine Glühbehandlung zur Erzeugung einer Diffusionszone am Diamant-Carbid-Interface durchgeführt werden soll.