Herstellung von Cr2AlC-MAX-Phasen - Schichten mit dem Arc-PVD-Verfahren

MAX-Phasen-Werkstoffe als dünne Schutzschichten bieten vielversprechende Eigenschaften für zahlreiche Anwendungen bei chemisch und thermisch hoch belasteten Bauteilen. Sie sind gekennzeichnet durch eine nanolaminare Struktur, welche zu einer Kombination metallischer und keramischer Eigenschaften führt. Ziel der Arbeiten war die Herstellung von Cr2AlC-MAX-Phasen-Schichten mit der dc- Arc-Technologie. Dieses Verfahren ist weit verbreitet und wird insbesondere für die Werkzeugbeschichtung eingesetzt. Für die Herstellung der Cr2AlC-MAX-Phasen-Schichten wurden verschiedene Prozessansätze genutzt. In einer ersten Variante erfolgte die Synthese unter Nutzung reiner Elementkathoden aus Aluminium, Chrom und Kohlenstoff. In einem zweiten Ansatz wurden dem Prozess die metallischen Komponenten über eine Kompositkathode (AlCr 50/50 at%) und der Kohlenstoff über ein Reaktivgas (C2H2) zugeführt. Die Substrattemperatur während der Beschichtung wurde im Bereich zwischen ca. 200° C und 900°C variiert. Chemische Zusammensetzung, Morphologie und Mikrostruktur wurden mittels energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDX), Glimmentladungsspektroskopie (GDOES), Rasterelektronenmikroskop (REM) und Röntgendiffraktometrie (XRD) untersucht. Die bei niedrigen Temperaturen (ca. 200°C) erzeugten Schichten enthielten keine MAX-Phasen, demgegenüber konnte in den bei ca. 800°C hergestellten Schichten ein hoher Anteil an MAX-Phase nachgewiesen werden. Die Schichten wurden bzgl. Erosionsbeständigkeit untersucht. Es wurde nachgewiesen, dass mit hohem MAX-Phasen- Anteil in der Schicht und geeigneter Morphologie eine ausgezeichnete Erosionsbeständigkeit erreichbar ist. Das Potential der Arc-PVD-Technologie zur Herstellung von MAX - Phasen- Schichten konnte an Hand der erreichten Ergebnisse demonstriert werden. Für die Umsetzung eines industriellen Arc-Beschichtungsprozesses für reine Cr2AlC-MAX-Phasen-Schichten ist allerdings noch weitere Entwicklungsarbeit zu leisten.