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TiCN-Beschichtungen für Hartmetall-Schneidwerkzeuge

Funktionelle Beschichtungen sind technologisch bedeutend, da sie die Oberflächeneigenschaften von Materialien verbessern können. Die geringe Schichtdicke stellt jedoch die zuverlässige Analyse dieser Materialien vor Herausforderungen.

Metallschneidwerkzeuge verwenden gebundene Carbide wie Wolframcarbid in kobaltreicher Matrix (WC-Co) mit verschiedenen CVD- und PVD-basierten Beschichtungen, um die Oberflächenhärte, Steifigkeit und Verschleißfestigkeit zu verbessern. Diese Beschichtungen sind hauptsächlich Übergangsmetallnitride und -carbide wie TiN, TiC, ZrN, VN, TiCNund TiAlN.

In diesem Anwendungsbeispiel werden TiC/N- und Al2O3-Schichten auf WC-Co-Schichten mittels EDS-Elementverteilungsbildern analysiert. Abb. 1 zeigt einen mit fokussiertem Ionenstrahl (FIB) erzeugten Querschnitt der Schneidwerkzeugkante. Auf die obere TiN-Beschichtungslage folgen Al2O3/TiN/TiCN/TiN und WC-Co als Substrat. Mit EDS konnten die Änderungen in der N-Zusammensetzung zwischen den TiN-, TiCN- und TiN-Schichten unterschieden werden (Abb. 2). Die stark überlappenden Ti- und N-Peaks konnten mit Hilfe der umfassenden Atomdatenbank in Brukers ESPRIT-Analysesoftware automatisch entfaltet werden (Abb. 4).

Abb. 1: EDS-Elementverteilungsbild und SE-Bild von verschiedenen Beschichtungslagen auf Wolframcarbid-Schneidwerkzeugen. Die Oberfläche wurde mit einem fokussierten Ionenstrahl (FIB) poliert.
Abb. 2: EDS-Elementverteilungsbild mit Ti-, C- und N-Verteilung. Von links: TiN/TiCN/TiN und TiC. EDS kann leicht die Änderung in der Zusammensetzung von Verbindungen mit Leichtelementen wie C und N unterscheiden.
Abb. 3: EDS-Elementverteilungsbild des WC-Substrats mit Co-Bindemittel in superharten Schneidwerkzeugen.
Abb. 4: Automatisierte Entfaltung und Quantifizierung von Ti und N mit der ESPRIT-Analysesoftware.