Die neu entwickelte TiCN-Schicht ist Bestandteil mehrlagiger Verschleißschutzschichten auf Hartmetall für die Drehbearbeitung von Stahlwerkstoffen. Diese Schichtsysteme bestehen aus einer Folge aus Titannitrid (TiN), Titancarbonitrid (TiCN) und Aluminiumoxid und werden mittels chemischer Gasphasenabscheidung (CVD) bei Temperaturen von 900-1000 °C und Drücken zwischen 50 und 300 mbar hergestellt. Übliche Schichtdicken liegen im Bereich von 10-25 um Gesamtschichtdicke, wobei im Speziellen das Anwendungsgebiet ISO P25 mit 10 um TiCN und 5 um Al2O3 abgedeckt werden soll. Während sich das Aluminiumoxid durch eine geringe Wärmeleitfähigkeit, Hochtemperaturhärte und Oxidationsbeständigkeit auszeichnet, soll das TiCN einerseits den Übergang zwischen metallischer Bindung des Hartmetalls und keramischer Bindung des Al2O3 herstellen und aufgrund der hohen Abrasionsbeständigkeit den Freiflächen- und Kolkverschleiß reduzieren. Besonders die Struktur der Schichten beeinflusst maßgeblich Verschleißbeständigkeit und Zähigkeit der Werkzeuge.
Bedingt durch die hohen Abscheidetemperaturen in Verbindung mit den unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten entstehen Thermodifferenzspannungen im Werkzeug, welche durch gezielten Aufbau und entsprechende Einstellung der Prozessparameter minimiert werden sollen. Im Laufe des Projekts gelang es, durch optimale Einstellung der Beschichtungsparameter sowie gezielten Einbau von Sauerstoff eine feinkörnige, stängelige Struktur des TiCN zu erreichen, die ein Maximum an Härte und ein Minimum an Eigenspannungen aufweist. Die Eindringhärte konnte gegenüber dem Ausgangszustand gesteigert und die mittels XRD-sin2T Methode ermittelten Zugspannungen reduziert werden. Dies führt in Kombination mit dem optimierten Aluminiumoxid zu verbesserter Standzeit und erhöht die Prozesssicherheit im Einsatz.
Die Optimierung der TiCN-Schicht erweitert das Anwendungsgebiet der Wendeschneidplatte und führt neben der durch die Härtesteigerung erhöhten Standzeit auch zu verbesserter Prozessstabilität und geringerer Ausfallswahrscheinlichkeit im Zerspanungseinsatz. Diese Diese Schicht ist bereits Bestandteil von auf dem Markt erhältlichen Sorten für die Drehbearbeitung von Stahl. Das Projekt wurde in enger Zusammenarbeit mit Ceratizit Austria sowie dem Lehrstuhl für Funktionale Werkstoffe und Werkstoffsysteme der Montanuniversität Leoben durchgeführt.