Designed Multicomponent Coatings, MultiFilms
- Reference number
- RMA08-0069
- Start and end dates
- 090701-150630
- Amount granted
- 23 279 998 SEK
- Administrative organization
- Linköping University
- Research area
- Materials Science and Technology
Summary
The area of cutting tools is one of very few where Swedish industry clearly dominates the global market with approximately 35% of the total sale. MultiFilms will lay the foundation for new design routes for the next generation of hard ceramic coatings (and cutting tools) based on self-organization materials and interface design by alloying. Specifically, we will: Develop new classes of multicomponent coatings; Establish the kinetics of the favorable decomposition under the influence of temperature, pressure, and chemical composition; Explore the concept of interfacial design through detailed (atomic) control of the local chemistry and morphology; Enhance the knowledge of coating microstructure evolution during deposition and service, i.e wear mechanisms during metal cutting; We intend to tune the chemical potentials through alloying such that favorable phases evolved during temperature/pressure treatments, desired microstructures form, and undesired phases are suppressed to improve the coating performance. For this we will use a multiscale modeling approach of multicomponent systems combined with advanced in situ techniques. In addition, we will answer questions like: “How will chemical reactions during a cutting operation affect the microstructure evolution and wear behavior?” and explore nanocomposite systems that are compositionally tuned such that they either phase separate during deposition or form an interface layer which enhances both hardness and toughness.
Popular science description
MultiFilms är ett projekt som skall lägga grunden för morgondagens ytbeläggningar, främst ytbeläggningar som används på verktyg för skärande bearbetning. Dock är det så att de vetenskapliga landvinningar som kommer att göras är av sådan natur att de är tillämpbara även inom andra applikationsområden. Faktum är att just verktygsindustrin är kanske Sveriges enda industri som verkligen är världsledande, tillsammans har Sandvik Tooling AB och SECO Tools AB ca 35% av världsmarknaden. Lägger man därtill den internationellt mycket välrenommerade forskningsverksamhet som bedrivs vid Linköpings universitet så är hårda ytbeläggningar och verktyg ett svenskt styrkeområde. MultFilms kommer att från denna starka utgångspunkt arbeta med morgondagens skikt. Vi föreslår en rad olika nya koncept för att förbättra skiktens egenskaper som bygger på kontollerad nanostrukturering vid skäreggen. Idag vet vi att temperaturen är ca 1000C, trycket är 1-3 GPa och att mikrostrukturen ändrar sig radikalt i skäreggen. Därför föreslår vi att genom att legera det vanligaste PVD-skiktet för skärverktyg,TiAlN, med olika grundämnen, jmf med legeringsutvecklingen inom stålindustrin. Man skall dock vara ödmjuk inför att situationen för keramer skiljer sig radikalt från metaller, bl.a. genom att vi har andra typer av kemiska bindningar och två subgitter. Med andra ord, utmaningen är formidabel både vetenskapligt och industriellt. För att addressera detta ämnar vi utveckla och använda olika teoretiska verktyg för att simulera materialegenskaperna vid olika tids- och längdskalor och länka dessa på ett rationellt vis. På så sätt kan vi avgöra om legeringstillsatser har den effekt som önskas från elektronstruktur, via kemiska bindningar, och fasomvandlingar/mikrostrukturutveckling vid inverkan av höga tryck/temperaturer, till materialegenskaper. När man där till lägger att de syntesmetoder vi använder möjliggör skapandet av metastabila lösningar och atomär kontroll av sammansättningen samt experimentella metoder för att studera materialets utveckling med samma upplösning som beräkningarna så har vi möjlighet att designa mycket sofistikerade multikomponent beläggningar med förbättrade egenskaper. MultiFilms är därför en plattform för den svenska verktygsindustrin att i framtiden möta den ökande konkurrens som förväntas från främst Kina och ge möjlighet att vinna ytterligare marknadsandelar. Även om Sverige är marknadsledande så finns det ju fortfarande 65% att försöka erövra.