Synthese, Struktur und Verformungsverhalten von superharten und gleichzeitig schadenstoleranten PVD-Dünnschichtsystemen auf der Basis nanostrukturierter nitridischer Hochentropielegierungen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christoph Leyens; Professorin Dr.-Ing. Martina Zimmermann
• Fachliche Zuordnung: Beschichtungs- und Oberflächentechnik ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 443649646

Obwohl es großen industriellen Bedarf an superharten Dünnschichtsystemen (Härte > 40 GPa), mit einer extrem hohen Temperaturbeständigkeit (T > 1000 °C) und einer ausgeprägten Schadens-toleranz zum Verschleißschutz von Werkzeugen und Bauteilen gibt, können Schichten mit einem derartigen Eigenschaftsprofil bisher nicht synthetisiert werden. Dies liegt einerseits daran, dass mit den bestehenden Werkstoff- und Designkonzepten jeweils nur ein Teil des erwünschten Eigen-schaftsprofils realisiert werden kann. Andererseits ist das die mechanischen Eigenschaften bestimmende Deformations- und Schädigungsverhalten für dünne Hartstoffschichtsysteme noch nicht ausreichend genug verstanden.Die Zielstellungen des vorliegenden Vorhabens sind deshalb die Synthese neuartiger, superharter und gleichzeitig schadenstoleranter (zäher, duktiler) Schichtsysteme auf Basis nitridischer Hochentropielegierungen, die Erforschung ihrer Eigenschaftsprofile und die Aufklärung ihres Deformations- und Schädigungsverhaltens. Durch Verknüpfung des Materialkonzeptes der Hochentropielegierungen mit dem Designkonzept nanostrukturierter Dünnschichtsysteme sollen die o.g. Eigenschaftskombinationen erstmals darstellbar werden.Zur Schaffung der Grundlagen für die Synthese neuartiger, superharter und gleichzeitig schadenstoleranter Schichtsysteme auf Basis nitridischer Hochentropielegierungen werden im Verbundvorhaben das werkstoffwissenschaftliche Verständnis für die Herstellung hochkomplexer Schichtsysteme auf der Basis von PVD-Verfahren und den daraus resultierenden Struktureigen-schaften (Leyens) mit der experimentellen Charakterisierung der Wirkzusammenhänge aus Mikrostruktur und mechanischem Verhalten und korrelierender Schädigungsentwicklung (Zimmermann) verbunden. Im Projekt wird ein umfassendes Verständnis für die Struktur-Eigenschafts-Korrelationen der hier adressierten neuen HEA-Schichtsysteme erarbeitet. Die gewonnenen Ergebnisse werden verallgemeinerbar auf klassische nitridische Hartstoffsysteme mit kfz Struktur übertragen. Aus methodischer Perspektive liegt der Fokus auf der Entwicklung neuer Ansätze zur quasi Hochdurchsatzbewertung der mechanischen Eigenschaften von Dünnschichtsystemen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen