Nanostrukturne prevleke visokoentropijskih zlitin za uporabo v orodjarstvu

Zahteve po materialih, ki so odporni na visoke temperature in mehanske obremenitve, so povezane z novim tehnološkim in industrijskim razvojem. Ker industrijske potrebe premikajo meje materialov vse višje, so ti materiali v središču temeljnih in aplikativnih raziskav. Relativno nova skupina materialov – visokoentropijske zlitine (high entropy alloys, HEA) so od nedavnega v središču raziskav s področja tankih plasti in prevlek. Medtem ko je proizvodnja HEA draga in dolgotrajna, ima razvoj HEA v obliki prevlek prednost nizkega vnosa materiala in fleksibilnost spreminjanja procesnih pogojev, ki so na voljo pri fizikalnem nanašanju iz parne faze (PVD). Magnetronsko naprševanje omogoča nanašanje široke palete materialov; možno je tudi dodajanje majhnih količin legirnih elementov. Ta že uveljavljena tehnologija s področja nitridnih prevlek prehodnih kovin omogoča tudi spreminjanje strukturnih lastnosti HEA-prevlek. Z uporabo rotacijske mize v komori in z uporabo več magnetronskih izvirov je mogoče posamezne plasti prevlek enostavno zložiti v večplastne ali nanoplastne prevleke. Za specifične aplikacije lahko sestavimo tudi t. i. »sendvič« strukture, kjer kombiniramo plasti z dobrimi tribološkimi lastnostmi s supertrdimi plastmi, kar v kombinaciji tvori stabilno strukturo prevleke, ki se lahko spopade s strogimi industrijskimi in okoljskimi zahtevami našega industrijskega partnerja. Tako so glavni cilji projekta: (i) Nanesti nanoplastno HEA nitridno prevleko in raziskati osnovne strukturne in mehanske lastnosti pri sobni in povišanih temperaturah. Magnetronsko razprševanje se kaže kot idealno za nanašanje HEA nitridnih prevlek. Z uporabo elementarnih in večelementarnih tarč je mogoče narediti rahle spremembe sestave v dani HEA nitridni prevleki, da so njene visokotemperaturne lastnosti boljše. Naš cilj je razviti eno HEA nitridno prevleko z boljšimi tribološkimi lastnosti in eno s povečano trdoto (nitridotvorni elementi). Najboljši prevleki bomo nanesli sočasno, da se tvori večplastna ali nanoplastna struktura. Mehanske, tribološke in strukturne lastnosti pri visokih temperaturah te novonastale prevleke bodo v središču naših raziskav. (ii) Merjenje trdote in lomne žilavosti HEA nitridnih prevlek pri visokih temperaturah. Visoka trdota prevleke in njena odpornost proti lomu sta dva od najpomembnejših parametrov za določanje učinkovitosti prevleke. Se pa te lastnosti bistveno spreminjajo s temperaturo. Čeprav te lastnosti določajo uspešnost prevleke v industrijski uporabi, so obstoječi podatki o mehanskih lastnostih pri delovni (visoki) temperaturi redki. Trdoto in lomno žilavost bomo izmerili pri visoki temperaturi z uporabo visokotemperaturnega in-situ merilnika, tako bomo lahko lažje razumeli obnašanje trenja in obrabe prevleke pri visoki temperaturi. (iii) Razviti novo nitridno HEA prevleko za uporabo v orodjarstvu in jo prenesti v industrijsko uporabo. Čeprav so raziskave v laboratorijskem merilu zahtevne, je pot do uvedbe prevleke v industrijske uporabnike še dolga. S tem projektom in z industrijskim partnerjem na naši strani želimo prenesti novo razvito prevleko z laboratorijskih sistemov za nanašanje na industrijski nivo in testirati prevleke na pravih orodjih pri njihovi dejanski uporabi.