Sputter deposited TiAlN/AlTiN and CrAlN/TiAlN: multilayer coatings

Mehrlagige Schichtarchitektur erlauben die Erzielung von Eigenschaften, die durch Einzellagenschichten nicht erreicht werden können. Ziel der vorliegenden Arbeit war es daher, TiAlN/AlTiN und CrAlN/TiAlN Multilagenschichten abzuscheiden und deren Mikrostruktur und mechanische Eigenschaften mit den entsprechenden Ti1-xAlxN and Cr1-xAlxN Einzellagenschichten zu vergleichen. Vier Einzellagenschichten mit einem Al/Ti Atomverhältnis von 50/50, 70/30 und 80/20 sowie Al/Cr 85/15 wurden durch reaktives Magnetron-Sputtern in einer Labor-Beschichtungsanlage abgeschieden. Für die neun Multilagenschichten wurden jeweils Al/Ti 50/50 Lagen mit den unterschiedlichen anderen Zusammensetzungen in verschiedenen Einzellagendicken kombiniert. Die Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften wurden mittels Röntgenbeugung und Nanoindentation untersucht. Querschnitte aller Einzellagenschichten und ausgewählter Multilagenschichten wurden mittels Rasterelektronenmikroskopie und energiedispersiver Röntgenspektroskopie charakterisiert. Die Anwendung einer mehrlagigen Schichtarchitektur ermöglicht die Stabilisierung der kubisch-flächenzentrierten (kfz) Struktur, insbesondere in TiAlN/AlTiN Schichten. Im Gegensatz zu den Al0.7Ti0.3N und Al0.8Ti0.2N Einzellagenschichten, die eine zweiphasige kfz/wurtzitische (w) bzw. eine reine w-Struktur aufwiesen, waren die Ti0.5Al0.5N/Al0.7Ti0.3N Multilagenschichten einphasig kfz und die Ti0.5Al0.5N/Al0.8Ti0.2N Multilagenschichten zeigten nur geringe w-Phasenanteile. Die Stabilisierung der kfz-Phase scheint in den CrAlN/TiAlN-Schichten im Vergleich zu den TiAlN/AlTiN-Schichten weniger ausgeprägt zu sein. Im Allgemeinen zeigten die CrAlN/TiAlN-Schichten eine geringere Härte und einen geringeren E-Modul im Vergleich zu den TiAlN/AlTiN-Schichten. Es konnte kein signifikanter Einfluss der Einzellagendicke auf die mechanischen Eigenschaften beobachtet werden.