Vlastnosti a mikrostruktura tenkých vrstev TiAlSiN

Ing. Jarmila SAVKOVÁ

Doctoral thesis

Properties and microstructure of TiAlSiN coatings

Abstract:

The present work deals with the evaluation of properties of wear resistant thin TiAlSiN films deposited on cold work tool steels. Thin hard films, particularly transition metal nitrides are extensively used in industry for different kind of tools, moulds and various mechanical parts to increase the lifetime. The purpose of these coatings is to reduction of tool wear and to increase the lifetime. Increase the durability of the tool results in a significant cost savings. Aim of this work was to study the microstructure and mechanical properties of TiAlSiN thin films. Investigated films were tested in industry for slitting of nickel based sheets in order to evaluate the properties and suitability for a given conditions. The literature search covers TiN based thin film and their deposition methods as well as description of their properties and application field. This chapter is followed by an overview of various methods for evaluation of thin films properties as nanoindentation X-ray diffraction, tribology testing and thin film - substrate adhesion. The last part deals with an overview of the slitting and cold work processes and properties of the nickel and nickel-based alloys. The experimental program was divided into three stages, the first stage deals with the selection of the steel substrate included heat treatment and evaluation microstructure after heat treatment. In the second stage has been studied primary set of thin films based on deposition condition matrix. It focused on the selection of promising films for detailed study. The aim of the third stage was to evaluate the chosen combination of steel and thin hard film. Selected films were tested in industry process for slitting the nickel based thin sheets to recommending appropriate combination for a specific application in practice.

Abstract:

Predkladaná práca sa zaoberá hodnotením vlastností tenkých oteruvzdorných vrstiev na báze TiAlSiN deponovaných na nástrojové ocele pre prácu za studena. Tvrdé vrstvy, najmä nitridy prechodných kovov, sú extenzívne využívané v priemysle na nástroje, formy a rôzne mechanické časti na zvýšenie životnosti a výkonu nástrojov. Cieľom týchto povrchových úprav obrábacích nástrojov je získanie tvrdej oteruvzdornej vrstvy, čím sa dosiahne zníženie intenzity opotrebenia nástroja. Zvýšenie trvanlivosti nástroja vedie k významnej úspore nákladov, pričom komplexné pôsobenie povlaku v mieste kontaktu nástroj opracovávaná súčasť umožňuje výrazne zvýšiť technologické parametre obrábacieho procesu. Cieľom práce bolo hodnotenie mikroštruktúry a mechanických vlastností zvolených vrstiev. Skúmané vrstvy boli testované v praxi pre obstrihávaní plechov z niklových zliatin aby bolo možné zhodnotiť vlastnosti a vhodnosť pre dané účely. Rešeršná časť obsahuje prehľad vrstiev na báze TiN a metódy depozície tenkých vrstiev. Na túto kapitolu nadväzuje prehľad metód hodnotenie vlastností tenkých oteruvzdorných vrstiev ako je nanoindentácia rtg. difrakcia, tribologické metódy a hodnotenie kohezínve adhezívnych vlastností. Ďalej prehľad metód delenia materiálov a vlastností niklu z zliatin na bázi niklu. Experimentálny program bol rozdelený na etapy, ktoré zahŕňali výber vhodného typu ocelí pre substrát zvolených vrstiev ich tepelné spracovanie a hodnotenie mikroštruktúry po tepelnom spracovaní. V druhej etape bol skúmaný základný set tenkých vrstiev deponovaných podľa zvolenej matice so zameraním na výber vrstiev pre podrobnejšie hodnotenie. Tretia etapa bola zameraná na hodnotenie vybranej kombinácie vrstva substrát ako aj testovanie zvolených vrstiev v praxi pri strihaní s cieľom odporučiť vhodnú kombináciu pre konkrétnu aplikáciu v praxi.

Keywords

TiAlSiN, tribológia, tenké vrstvy, nanoindentácia, delenie materiálov

Language used: Slovak

Date on which the thesis was submitted / produced: 12. 9. 2014

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

• Date of defence: 26. 11. 2014

University of West Bohemia

Faculty of Mechanical Engineering

Doctoral programme / field:
Mechanical Engineering / Materials Engineering and Engineering Metallurgy