Microstructural, Mechanical and Tribological Characterisation of CVD and PVD Coatings for Metal Cutting Applications

The present thesis focuses on characterisation of microstructure and the resulting mechanical and tribological properties of CVD and PVD coatings used in metal cutting applications. These thin and hard coatings are designed to improve the tribological performance of cutting tools which in metal cutting operations may result in improved cutting performance, lower energy consumption, lower production costs and lower impact on the environment.  In order to increase the understanding of the tribological behaviour of the coating systems a number of friction and wear tests have been performed and evaluated by post-test microscopy and surface analysis. Much of the work has focused on coating cohesive and adhesive strength, surface fatigue resistance, abrasive wear resistance and friction and wear behaviour under sliding contact and metal cutting conditions. The results show that the CVD deposition of accurate crystallographic phases, e.g. α-Al2O3 rather than κ-Al2O3, textures and multilayer structures can increase the wear resistance of Al2O3. However, the characteristics of the interfaces, e.g. topography as well as interfacial porosity, have a strong impact on coating adhesion and consequently on the resulting properties.  Through the deposition of well designed bonding and template layer structures the above problems may be eliminated. Also, the presence of macro-particles in PVD coatings may have a significant impact on the interfacial adhesive strength, increasing the tendency to coating spalling and lowering the surface fatigue resistance, as well as increasing the friction in sliding contacts. Finally, the CVD-Al2O3 coating topography influences the contact conditions in sliding as well as in metal cutting. In summary, the work illuminates the importance of understanding the relationships between deposition process parameters, composition and microstructure, resulting properties and tribological performance of CVD and PVD coatings and how this knowledge can be used to develop the coating materials of tomorrow.

En böjd stavdesigns påverkan på stakfasens egenskaper

Syfte Studien syftar till att klarlägga hur stavisättningen och stakfasen påverkas vid användandet av en böjd jämfört med en rak stavdesign vid stakning i hög hastighet på rullskidor på rullband. Följande frågeställningar har undersökts:  Leder en böjd stavdesign till att stavisättningen sker längre fram?  Leder en böjd stavdesign till att stakfasens absoluta längd förändras?  Leder en böjd stavdesign till att stakfasens relativa längd förändras? Metod Tio manliga längdskidåkare (ålder 25,3 ± 5,1 år, kroppslängd 182,1 ± 8,6 cm, kroppsvikt 78 ± 6,5 kg) deltog i studien. Forskningspersonerna genomförde ett Vmax-protokoll stakning på rullskidor på rullband, med rak såväl som med böjd stavdesign. Rörelsedata samlades in och analyserades för att fastställa eventuella skillnader i stavisättning, stakfas, återförandefas och total cykeltid. Resultat En signifikant skillnad kan påvisas gällande stavisättning, där en böjd stavdesign leder till en stavisättning längre framför bindningen jämfört med en rak stavdesign. Ingen signifikant skillnad kan påvisas rörande stakfasen, återförandefasen eller total cykeltid. Slutsatser Studiens visar att stavspetsens rörelsebana flyttas vid nyttjande av en böjd stavdesign i riktning framåt. Dock påverkas inte stakfasen, återförandefasen eller total cykeltid, vilket innebär att stakfasens längd, i absoluta såväl som relativa termer, är densamma vid stakning med rak och böjd stavdesign.