Titan aluminiumnitrid - Titanium aluminium nitride
Titanaluminiumnitrid ( TiAlN ) eller aluminiumtitanitrid ( AlTiN ; for aluminiuminnhold høyere enn 50%) er en gruppe metastabile harde belegg som består av nitrogen og metallelementene aluminium og titan . Fire viktige sammensetninger (metallinnhold 100 vekt%) avsettes i industriell skala ved fysiske dampavsetningsmetoder :
- Ti50Al50N (industrielt introdusert av selskapet CemeCoat (nå CemeCon) Aachen, BRD, gruppe T. Leydecker ca. 1989)
- Al55Ti45N (industrielt introdusert av selskapet Metaplas Ionon (nå Sulzer Metaplas), Bergisch Gladbach, BRD, gruppe J. Vetter ca. 1999)
- Al60Ti40N (industrielt introdusert av selskapet Kobe Steel, Kobe, Japan, ca. 1992)
- Al66Ti34N (industrielt introdusert av selskapet Metaplas (nå Sulzer Metaplas) gruppe J. Vetter ca. 1996).
De grunnleggende årsakene til at TiAlN -belegg utkonkurrerer ren Titannitrid (TiN) belegg anses å være:
- Økt oksidasjonsmotstand ved forhøyede temperaturer på grunn av dannelsen av et beskyttende aluminiumoksydlag på overflaten
- Økt hardhet i de nyavsatte filmene på grunn av mikrostrukturendringer og herding av fast løsning
- Aldersherding av beleggene ved temperaturer som er typiske for skjæreverktøydrift på grunn av spinodal nedbrytning av TiAlN til TiN og kubikk AlN
Aldersherdende fenomener har vist seg å stamme fra et misforhold i den kvantemekaniske elektroniske strukturen til TiN og AlN.
Beleggene er stort sett avsatt ved katodisk avsetning bue eller magne sputtering . Selv om de fleste TiAlN- og AlTiN -belegg er industrielt syntetisert ved bruk av legeringsmål med spesifikke prosentandeler aluminium og titan, er det mulig å produsere TiAlN -belegg med rene Al- og Ti -mål ved hjelp av en katodisk bueavsetningsteknikk. TiAlN- og AlTiN -belegg fra rene Al og rene Ti -mål ved katodisk bueavsetning har blitt produsert industrielt av NanoShield PVD Thailand siden 1999. Ved å bruke separat målteknologi er det mulig å tilby mer fleksibilitet når det gjelder beleggetes struktur og sammensetning.
Utvalgte egenskaper for Al66Ti34N er:
- Vickers hardhet 2600 til 3300 HV.
- Fasestabilitet ca. 850 ° C, start av dekomponering til AlN+TiN.
- Intens oksidasjon starter ved omtrent 800 ° C (ca. 300 ° C høyere enn for TiN).
- Lavere elektrisk og termisk ledningsevne enn TiN
- Typisk beleggtykkelse ca. (1 til 7) μm
En kommersiell beleggstype som brukes til å forbedre slitestyrken til wolframkarbidverktøy er AlTiN-Saturn fra Sulzer Metaplas.
Beleggene er noen ganger dopet med minst ett av elementene karbon , silisium , bor , oksygen og yttrium for å forbedre utvalgte egenskaper for spesifikke applikasjoner. Disse beleggene brukes også til å lage flerlagssystemer. For eksempel kan de brukes i kombinasjon med TiSiXN som de som brukes i Mpower -beleggfamilien til Sulzer Metaplas. Beleggtyper nevnt ovenfor brukes for å beskytte verktøy inkludert spesialverktøy for medisinske applikasjoner. De brukes også som dekorative overflater.
Et derivat av TiAlN -beleggsteknologi er nanokompositt TiAlSiN (titanium aluminium silisiumnitrid) som ble utviklet av SHM i Tsjekkia og nå markedsført av Platit i Sveits. Nanokompositt TiAlSiN -belegget har superhard hardhet og enestående bearbeidbarhet ved høy temperatur.