Designade multikomponentytbeläggningar, MultiFilms
- Diarienummer
- RMA08-0069
- Start- och slutdatum
- 090701-150630
- Beviljat belopp
- 23 279 998 kr
- Förvaltande organisation
- Linköping University
- Forskningsområde
- Materialvetenskap och materialteknologier
Summary
Verktyg för maskinbearbetning är ett av väldigt få områden där svensk industri dominerar och idag har ca 35% världsmarknaden. MultiFilms-projektet skall lägga grunden för nästa generations nya skiktutvecklingskoncept av hårda beläggningar (och verktyg) baserat på självorganiserande material och gränsytedesign genom tillförsel av legeringsämnen. Specifikt ämnar vi: Utveckla nya klasser av multikomponentbeläggningar; Etablera kinetiken för gynnsamt sönderfall under inverkan av temperatur, tryck och kemisk sammansättning; Utforska vårt gränsytekontrollkoncept via design av gränsytans lokala kemi och struktur; Utöka kunskapen kring ytbeläggningens mikrostrukturutveckling under tillväxt och drift, dvs förslitningsmekanismerna vid skärande bearbetning. Vi avser att justera de kemiska potentialerna via legeringsämnen så att när materialet utsätts för tryck/temperatur fördelaktiga faser bildas, önskad mikrostruktur erhålls och ogynnsamma faser undertrycks för att erhålla en förbättrade ytbeläggningsegenskaper. Som verktyg för att nå detta tänker vi kombinera multiskalanalys av multikomponent system och avancerade in situ experiment. Dessutom ämnar vi svara på frågor så som ”Hur påverkar kemiska reaktioner mikrostrukturutvecklingen och förslitningsmekanismerna vid skärande bearbetning?” och utforska nanokompositsytem som är kemiskt anpassade för att fasseparera under tillväxt eller bilda gränsytsskikt som förhöjer både hårdhet och seghet.
Populärvetenskaplig beskrivning
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.