Hochbelastbare kohlenstoffbasierte Mehrschichtsysteme für die Umformtechnik

Amorphe Kohlenwasserstoffschichten (metallfreies a‐C:H und metallhaltiges a‐C:H:Me) reagieren sehr empfindlich auf lokale Überlastungen, wie sie z. B. bei Anwendungen in der Umformtechnik auftreten können. Harte abrasive Partikel, prozessbedingte Spannungsspitzen auf der Werkzeugoberfläche oder auch Überlastungen durch Fehler in der Werkzeuggeometrie führen häufig zur Rissbildung und zum vorzeitigen Versagen der Schichten. Verglichen mit der hohen Härte und Verschleißbeständigkeit sowie den sehr guten Reibeigenschaften ist die Haftfestigkeit der Kohlenstoffschichten häufig unbefriedigend. Die Haftfestigkeit und Belastbarkeit von reaktiv gesputtertem a‐C:H und a‐C:H:Me, kann in hohem Maße durch Zwischenschichten beeinflusst werden. In diesem Beitrag werden die Versagensmechanismen von amorphen Kohlenwasserstoffschichten untersucht und der Einfluss von verschiedenen metallischen, nitridischen und carbidischen Zwischenschichten auf die Wachstumsstruktur, Haftung und Belastbarkeit von a‐C:H und a‐C:H:Me‐Schichten beschrieben. Zwei hoch belastbare Mehrschichtsysteme für Werkzeuge und Komponenten werden vorgestellt. Carbon based multilayer systems for highly loaded forming tools Amorphous hydrogenated carbon (metal‐free a‐C:H and metal‐containing a‐C:H:Me) films respond very sensitively to local overloads. For example during forming tool operations, hard abrasive particles and locally high stresses on the coating surface can cause crack initiation and early coating failure. Compared to the high hardness, wear resistance and excellent friction properties, in many cases the adhesion of a‐C:H films is relatively insufficient. Adhesion and overload resistance of a‐C:H and a‐C:H:Me, prepared by reactive sputtering, can be influenced in a wide range by different interlayer systems. In the present report the wear mechanism of amorphous carbon coatings and the influence of different metallic, metal nitride and metal carbide interlayers on the growth structure, the adhesion and the load resistance will be reported. Two well adapted multi‐coating systems, successfully tested for highly loaded tools and components, will be presented.