Magnetron sputtered hard ternary coatings with enhanced fracture toughness

Mgr. Michael Kroker, Ph.D.

Disertační práce

Anotace:

Aktuálně využívané tvrdé ochranné vrstvy založené na keramických materiálech trpí nízkou odolností proti lomu a poškození, což při mechanickém namáhání limituje životnost povlakovaných nástrojů. V nedávné době byla na základě kvantově mechanických výpočtů navrhnuta nová kategorie materiálů, které tuto nevýhodu nevykazují. Takové ternární povlaky, obsahující kov, bor a uhlík, by měly vykazovat tuhost a zároveň zvýšenou lomovou houževnatost. V disertační práci jsou povlaky připraveny v průmyslovém měřítku metodou magnetronového naprašování a následně studovány. Výzkum vznikl ve spolupráci Masarykovy univerzity a české společnosti SHM, s.r.o., která komerčně povlakuje nástroje. Práce se zaměřuje na studium vlastností vrstev obsahujících tantal a wolfram, vliv fázového a prvkového složení vrstev na jejich mechanické vlastnosti a zároveň na aspekty jejich průmyslové přípravy. Práce také poskytuje principiální základy, uvádí do výzkumu a shrnuje předcházející poznatky. Disertační práce je kompilátem autorových publikací sepsaných v rámci doktorského studia a jejich komentářů.

Abstract:

The state-of-the-art hard protective coatings suffer from low fracture and damage resistance because they are based on brittle ceramic materials. It limits the coating resilience and, therefore, the lifespan of the coated tools. Recently, a new type of material was proposed by quantum mechanical calculations to overcome this drawback. The ternary systems of metal, boron, and carbon atoms allegedly provide a combination of stiffness and moderate ductility. The thesis is a comprehensive experimental study of these novel materials prepared as coating under industrial conditions by magnetron sputtering. It is based on joint research of the Masaryk University and the Czech coating manufacturer SHM, s.r.o., which specializes in commercial coating of tools. The research yields the properties of tantalum- and tungsten-based coatings prepared in industrial batch-coater. It describes the influence of elemental and phase composition on the coating's mechanical properties and also shows the aspects of the industrial deposition process. The thesis introduces the research, provides fundamentals for the reader to understand the ground of the work, and compiles the author's publications. Prints of the publications are included and commented on.

Keywords

W-B-C, Ta-B-C, ochranné vrstvy, magnetronové naprašování, depoziční proces, protective coatings, magnetron sputtering, deposition process

Jazyk práce: angličtina

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 23. 11. 2022

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 12. 1. 2023
• Vedoucí: prof. Mgr. Petr Vašina, Ph.D.
• Oponent: Mgr. Zdeněk Hubička, Ph.D., doc. Ing. Marián Mikula, PhD.

Masarykova univerzita

Přírodovědecká fakulta

Doktorský studijní program / obor:
Fyzika / Fyzika plazmatu