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Mit Hilfe von dünnen Nickel-Barriereschichten auf dem Stahl 42CrMo4 konnten in einem plasmaunterstützten Prozess mit der Verbindung Trimethylborat, B(OCH3)3, kompakte Boridschichten der Zusammensetzung (Ni,Fe)2B und Fe2B erzeugt werden. Es wurde der Einfluss der Nickelschichtdicke, des Nickel-Abscheideverfahrens sowie der Prozessparameter Druck und Zeit auf die Boridschichtausbildung untersucht. Je nach Behandlungszeit – bei einer 2 μm dicken Nickel-Barriereschicht – hat die resultierende Boridschicht eine Dicke bis zu 160 μm und weist eine Härte von maximal 2150 HV 0,025 auf.

Schichten aus kubischem Bornitrid (cBN) wurden mittels IBAD (ion beam assisted deposition) auf Substraten aus dem Werkzeugstahl S 6-5-2 abgeschieden und hinsichtlich ihrer physikalischen und mechanischen Eigenschaften charakterisiert. Die dünnen cBN-Filme wurden durch Verdampfen von elementarem Bor mittels eines Elektronenstrahlverdampfers bei gleichzeitiger Bestrahlung mit einem Gemisch aus Stickstoff- und Argonionen abgeschieden. Zur Erhöhung der Haftfestigkeit wurden zum einen Multilayer-Zwischenschichtsysteme untersucht, die auf Titannitrid unterschiedlicher Stöchiometrie basieren. Zum anderen wird die nachträgliche Ionenimplantation von Stickstoffionen zur Haftfestigkeitssteigerung vorgestellt. Die so erhaltenen Schichtverbunde wurden durch XPS, FTIR REM, Ultramikrohärte- und Reibwertmessungen charakterisiert. Es konnte gezeigt werden, dass sich durch Einbringen einer Titannitrid-basierten Zwischenschicht chemische Bindungen von Zwischenschicht- und Funktionsschicht-Werkstoff ausbilden. Des Weiteren ergibt sich mit zunehmendem Stickstoffgehalt ein geringerer Stress und eine bessere Haftfestigkeit in den Schichten. Die nachträgliche Ionenimplantation erhöht die Haftfestigkeit zusätzlich.

In der hier vorliegenden Arbeit wurde das Anwendungspotenzial für das Nitrieren in einer intensivierten Glimmentladung untersucht. Als Substratwerkstoff fand die universell einsetzbare Titanlegierung TiAl6V4 Verwendung. Nach Optimierung der Prozessparameter Druck, Gasfluss und Gaszusammensetzung war es möglich, das Nitrieren von Scheibenproben bei höheren Kathodenstromdichten von ca. 25-35 A/m2und niedrigen Temperaturen zwischen 600 °C und 700 °C durchzuführen. Dabei wurden dickere Nitrierschichten (Nitrierhärtetiefe ca. 100-200 μm) innerhalb von 6-8 h erzeugt. Das Nitrieren in reinem Stickstoff oder mit einem hohen Stickstoffanteil im Plasma führte zur Ausbildung einer Verbindungsschicht an der Substratoberfläche, die als Diffusionsbarriere für Stickstoff diente. Das Nitrieren mit einem geringen Stickstoffanteil im Plasma führte nur zur Ausbildung einer Diffusionsschicht ohne Verbindungsschicht. Die Modelluntersuchungen im Stift-Scheibe-Test haben gezeigt, dass in diesem Test die Verschleißbeständigkeit der nitrierten Proben deutlich besser als die der unbehandelten ist.