In this master thesis, performed at Sandvik Coromant Västberga (Stockholm), a comprehensive study has been made to investigate the wear on textured alumina (Inveio™) coated cutting tools when turning low-alloy steels. Specifically, wear studies have been made on tools’ rake faces when turning two separate batches of SS2541, after an initial turning time of 4 min. A particular focus has been given to elucidate what particular role the inclusions might have for the wear of the alumina coating onthe tools. Evaluation of tool wear has been made by employing several different analytical techniques, such as LOM, SEM, Wyko, Auger-spectrometry (AES), EPMA and XRD. The results shows that the arisen wear marks on both tested tool types may be divided into three separate and highly distinguishable wear zones, denoted here in thiswork as “wear bands”. Largest amount of wear tended to occur initially at the topmost part of the 3rd wear band. This was true for both tested tool types. This area demonstrated a characteristic 'lamellar' wear pattern, composed of narrow andstructured ridges. All the tools tested demonstrated the adhesion of workpiece materials of various composition that formed into smeared layers in these formed ridges. Depth-profiling Auger-spectrometry revealed that a significant amount of calcium was present in the machined alumina coating layers. This suggests that a reaction between the calcium-containing inclusions found in the steel and the aluminacoating layer had occurred during the performed turning tests.These results arecontradictory to the general belief that alumina is chemical inert during machiningand has previously, to the authors knowledge, not yet been published. Based on the results from this thesis and from a literature review concerning thebehavior of α-alumina during deformation, a new theoretical wear model has been developed. In this model, it is emphasised that the sliding of hard inclusions from the steel may activate pyramidal slip systems in the textured alumina coating. This causes a nano-crystallisation and/or amorphisation in the topmost part of the coating, which facilitates the further wear of these coated tools. / I detta examensarbete, som har utförts vid Sandvik Coromant i Västberga (Stockholm), har en omfattande studie gjorts i syfte att undersöka slitaget på texturerad aluminiumoxid-belagda skärverktyg (Inveio™) vid svarvningen av låglegerade stålsorter. Förslitningsstudier har framförallt gjorts på verktygens spånsidor vid svarvningen av två separata batcher av stålsorten SS2541 efter en inledande ingreppstid på 4 min. Ett särskilt fokus har även ägnats åt att belysa vilken roll stålets inneslutningar kan ha för slitaget av aluminiumoxidbeläggningen. Utvärderingen av verktygsslitaget har gjorts med hjälp av flera olika analytiska tekniker, däribland LOM, SEM, Wyko, Auger-spektrometri (AES), EPMA samt XRD. Resultaten från detta examensarbete visar på att det uppkomna slitaget på de verktyg som har testats kan uppdelas till tre separata och mycket distinkta ”slitagezoner”. Dessa zoner har för detta arbete benämnts som ”nötningsband”. Störst förslitning framträdde initialt i den översta delen av det 3:e nötningsbandet på de testade skärverktygen. Detta område uppvisade ett karaktäristiskt ”lamell”-liknande utseende, bestående av smala och strukturerade åsar och skåror. Vidare uppvisade samtliga undersökta verktyg på förekomsten av påsmetat arbetsmaterial av varierande sammansättning i dessa bildade åsar. När de slitna verktygen undersöktes med djuprofilerande Auger-spektrometri påvisades det att en signifikant mängd kalcium fanns inuti aluminiumoxidbeläggningen. Detta tyder på att en reaktion mellan de kalciuminnehållande inneslutningarna (som finns inuti stålet) och aluminiumoxidbeläggningen har reagerat med varandra under bearbetningsförloppet. Dessa resultat är motsägande till den allmänna uppfattningen om att aluminiumoxid är kemiskt inert vid bearbetningen av stål. Därutöver har dessa resultat även, till författarens kännedom, aldrig tidigare publicerats. Baserat på de resultat som har erhållits från detta examensarbete, och från en omfattande litteraturstudie gällande deformationen av α-aluminiumoxid, har en ny teoretisk förslitningsmodell utarbetats. I denna modell betonas det särskilt att glidningen av hårda inneslutningar från stålet kan aktivera s.k. pyramidala glidsystem i den texturerade aluminiumoxidbeläggningen. Detta orsaker en nano-kristallisering och/eller amorfisering av den översta delen av aluminiumoxidbeläggningen.  Denna omvandling tros kunna underlätta den fortsatta förslitningen av dessa belagda skärverktyg.

Aluminiumschichten werden durch Kaltgasspritzen auf fünf verschiedene poly- und monokristalline keramische Werkstoffe (Al2O3 , AlN, SiC, Si3N4 , MgF2 ) appliziert. Dabei erfolgt eine Variation der Substrattemperatur und der Partikelgröße. Ausgewählte Proben werden einer nachfolgenden Wärmebehandlung unterzogen. Die im Fokus der Arbeit stehende Erforschung der an der Grenzfläche zwischen Aluminium und Keramik wirkenden Haftmechanismen erfolgt sowohl mithilfe einer mechanischen Charakterisierung (Stirnzugversuche) als auch durch verschiedene mikroskopische, spektroskopische und hochauflösende Methoden. Die Bewertung der Untersuchungsergebnisse zeigt, dass im Allgemeinen ein Anstieg der Haftzugfestigkeit mit steigender Substrat- und Wärmebehandlungstemperatur sowie mit zunehmender thermischer Effusivität des Substratwerkstoffs zu verzeichnen ist. Eine vergleichbare Auswirkung hat innerhalb bestimmter Grenzen die Zunahme der Partikelgröße. Mit der Heteroepitaxie wird neben der mechanischen Verklammerung ein weiterer wichtiger Haftmechanismus kaltgasgespritzter metallischer Schichten auf keramischen Substraten identifiziert. Die Ausbildung von quasiadiabatischen Scherbändern und statische Rekristallisationsprozesse wirken dabei als wichtige begleitende Mechanismen. Als Nachweis für heteroepitaktisches Wachstum ist die Existenz von (annähernd) parallelen, senkrecht oder geneigt zur Grenzfläche stehenden Ebenenpaaren, die eine geringe Gitterfehlanpassung aufweisen, zu werten. Der Vergleich mit PVD-Schichten zeigt, dass in Bezug auf die Orientierung von Gitterebenen verschiedene Mechanismen der Heteroepitaxie existieren, die von der atomaren Mobilität des Beschichtungswerkstoffs bestimmt werden.

Aluminiumschichten werden durch Kaltgasspritzen auf fünf verschiedene poly- und monokristalline keramische Werkstoffe (Al2O3 , AlN, SiC, Si3N4 , MgF2 ) appliziert. Dabei erfolgt eine Variation der Substrattemperatur und der Partikelgröße. Ausgewählte Proben werden einer nachfolgenden Wärmebehandlung unterzogen. Die im Fokus der Arbeit stehende Erforschung der an der Grenzfläche zwischen Aluminium und Keramik wirkenden Haftmechanismen erfolgt sowohl mithilfe einer mechanischen Charakterisierung (Stirnzugversuche) als auch durch verschiedene mikroskopische, spektroskopische und hochauflösende Methoden. Die Bewertung der Untersuchungsergebnisse zeigt, dass im Allgemeinen ein Anstieg der Haftzugfestigkeit mit steigender Substrat- und Wärmebehandlungstemperatur sowie mit zunehmender thermischer Effusivität des Substratwerkstoffs zu verzeichnen ist. Eine vergleichbare Auswirkung hat innerhalb bestimmter Grenzen die Zunahme der Partikelgröße. Mit der Heteroepitaxie wird neben der mechanischen Verklammerung ein weiterer wichtiger Haftmechanismus kaltgasgespritzter metallischer Schichten auf keramischen Substraten identifiziert. Die Ausbildung von quasiadiabatischen Scherbändern und statische Rekristallisationsprozesse wirken dabei als wichtige begleitende Mechanismen. Als Nachweis für heteroepitaktisches Wachstum ist die Existenz von (annähernd) parallelen, senkrecht oder geneigt zur Grenzfläche stehenden Ebenenpaaren, die eine geringe Gitterfehlanpassung aufweisen, zu werten. Der Vergleich mit PVD-Schichten zeigt, dass in Bezug auf die Orientierung von Gitterebenen verschiedene Mechanismen der Heteroepitaxie existieren, die von der atomaren Mobilität des Beschichtungswerkstoffs bestimmt werden.