Grain size effect of pre- and post-coating treated cemented carbides on PVD films' adhesion and mechanical properties

摘要

Die Karbidkorngroße von beschichteten Hartmetallwerkzeugen kann die Schichthaftung und das Schichtwachstum maßgeblich beeinflussen und dadurch die Werkzeugstandzeit bestimmen. In dervorliegenden Studie wurden drei Hartmetallsubstrate mit verschiedenen Korngrößen, die mit zwei PVD-Schichten beschichtet wurden, untersucht. Der Einfluss unterschiedlicher Vor- und Nachbehandlungen auf die mechanischen Eigenschaften der Beschichtung sowie auf die Schichthaftung wurde mit Hilfe von Nanoindenter-Untersuchungen und Impact-Tests beurteilt. Die Hartstoffschichten die auf Ultrafeinkorn-Sorten (UF) abgeschieden wurden, wiesen insgesamt die höchsten mechanischen Eigenschaften auf. Darüber hinaus zeigten die Versuchsergebnisse eine verbesserte Schichthaftung bei der Feinstkorn-Sorte (F) gegenüber den Feinkorn- (N) und Ultrafeinkorn-Sorten. Die Schichthaftung könnte bei fein- und feinstkörnigen Hartmetallsubstraten durch eine Mikrostrahlbehandlung mit Festkörpern angepasst werden. Nachbehandlungen der beschichteten Substrate mittels Bürsten waren vorteilhaft für alle unterschiedlichen Substrate. Dies ist sowohl auf die Entfernung von Droplets aus der Schichtoberfläche als auch auf die Induzierung von Druckeigenspannungen zurückzuführen.%The grain size of coated cemented carbide tools may significantly affect the tool life by influencing either the coating adhesion to the substrate or the coating growth during deposition. In the present study three variously grained cemented carbides were coated with two different PVD films. Various pre- and post-treatments were applied, while their effect on the films' mechanical properties and adhesion was assessed by nanoindentations and inclined impact tests. The coatings deposited on ultra-fine-grained substrates exhibited the highest mechanical properties overall. The research revealed elevated adhesive properties for the fine-grained substrate compared to the normal and ultra-fine-grained one. The film adhesion of normal and fine-grained substrate can be further enhanced through micro-blasting. Post-treatments of the coatings were beneficial in all substrate cases, as brushing of the film surface removed droplets while at the same time inducing surface residual stresses at the coating resulting in a hardness increase.