[en] Hard coating 's thermal stability is essential due to the high temperature environment of high-speed cutting applications, while the induced phase and microstructure evolution affects the mechanical properties. In this thesis, the mechanical stability of arc-evaporated hard nitride coatings annealed at high temperature is analyzed and connected to the phase evolution. In addition to hardness, fracture toughness is evaluated by surface and cross-sectional investigations by scanning/transmission electron microscopy of damage events by mechanical tests. The crack resistance of Ti1-xAixN with a range of Al content (x = 0.23-0.82) is studied by contact fatigue tests, where the difference in the microstructure plays a major role. Superior mechanical properties are found in annealed Ti0.63AI0.37N at 900 oC due to the spinodal decomposition. The mechanical and high-temperature properties of hard coatings can be enhanced by alloying or multi-layering. Quaternary Ti-Al-X-N (X = Cr, Nb and V) alloys are studied, and superior toughness is found in TiAI(Nb )N in both the as-deposited and annealed (1100 oC) states. The h-AIN formation in TixAI0.37Cr1-0.37-xN (x = 0.03 and 0.16) is analyzed by in-situ x-ray scattering during annealing. The kinetic energy for h-AIN formation is found to be dependent on the microstructure evolution during annealing, which varies with coating composition. High Al content h-ZrAIN/c-TiN and h-ZrAIN/c-ZrN multilayers are investigated through scratch tests followed by focused ion-beam analysis of the crack propagation. A c-Ti(Zr)N phase forms in h-ZrAIN/c-TiN multilayers at high temperatures and that contributes to enhanced hardness and fracture toughness by keeping the semi-coherency at the sub-interfaces. Finally, an in-situ analysis of coatings by x-ray scattering during a turning process is carried out. lt demonstrates the possibility of observation of stress evolution and thermal expansion of the coatings or the work piece material during machining. This experiment provides real-time information on the coating behavior during cutting.

[es] La estabilidad térmica del recubrimiento es esencial debido a que estos recubrimientos durante su aplicación son utilizados a elevada temperatura y a alta velocidad. Durante dicho proceso, la evolución microestructural afecta a las propiedades mecánicas. En dicha tesis, la estabilidad mecánica de los recubimientos duros base nitruro producidos mediante arco y recocidos a elevada temperatura son analizados y se correlacionado con su transformación de fase. La dureza, la resistencia a la fractura son evaluados mediante la observación tanto superficial como transversal mediante microscopia electrónica de barrido. La resistencia a la propagación de grieta de Ti1−xAlxN con un contenido en Al que fluctúa entre 0.23-0.82 se estudia mediante ensayos de fatiga por contacto, donde la diferencia microstructural juega un papel importante. Las mejores propiedades mecánicas se encentran en las muestras con un 0.63 de Ti donde se ha realizado un proceso de recocido a 900o C debido a la descomposición espinoidal. Las características mecánicas y de alta temperatura de recubrimientos duros pueden ser mejoradas si tenemos un recubrimiento multicapa. Aleaciones cuaternarias de Ti-Al-X-N (X = Cr, Nb y V) son estudiada, y una mejor tenacidad de fractura se encuentra para la muestra TiAl(Nb)N sin tratamiento de recocido como recocida a 1000°C. La formación del AlN con una estructura hexagonal en la muestra TixAl0.37Cr1−0.37−xN (x = 0.03 y 0.16) son analizadas mediante ensayos in-situ de difracción de rayos X durante el proceso de recocido. Cabe mencionar que la energía cinética para la formación de la AlN con una estructura hexagonal depende del proceso de recocido, la cual hace variar la composición química del recubrimiento. Multicapas de h (hexagonal)-ZrAlN/c (cúbica)-TiN con un elevado contenido de Al son estudiadas mediante ensayos de rayado y la generación de daño es observado mediante la técnica del haz de iones focalizados. Las formas de la fase de c-Ti(Zr)N en las multicapas de (h)-ZrAlN/c-TiN formadas a elevadas temperaturas contribuyen a mejorar la dureza y la tenacidad de fractura manteniendo la semicoherencia en las intercaras entre cada capa. Finalmente, se realiza un análisis in-situ de los diferentes recubrimientos me diante dispersión de rayos X durante un proceso de torneado. En este caso, se demuestra la posibilidad de observar la evolución de las tensiones residuales y de la expansión térmica durante el proceso de conformado. Dicho experimentos proporciona información en tiempo real sobre el comportamiento del recubrimiento en condiciones de servicio.