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put- Metallographische Schichtprüfung
ekte A. Bauch, M. Pohl; Ruhr-Universität-Bochum, Institut für Werkstoffe -Werkstoffprüfung
;SSE-
ziert Kurzfassung
venn Ständig steigende Anforderungen an Bauteile im Betrieb bedeuten wachsende Ansprüche an die
Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit der Bauteiloberflächen. Dementsprechend entwickelte
Beschichtungssysteme führen zu einem signifikant besseren Bauteilverhalten bzw. zu einer
wirtschaftlichen Erhöhung der Standzeiten. Das Hauptproblem für den Hersteller und Anwender ist
aicht die Charakterisierung und Bewertung der mechanisch-technologischen und tribologischen
nati- Eigenschaften eines Schichtverbundes. Der Kalottenschliff stellt eine metallographische Methode
eig- der Schichtcharakterisierung dar, mit der nicht nur die Schichtdicke sondern auch Verschleiß-
ann- kenngrößen bestimmt werden können. Im Rahmen dieses Beitrags werden am Beispiel von
PVD-TiN-Schichtsystemen Ergebnisse zur Bestimmung der Schichtdicke sowie des
Verschleißkoeffizienten dargestellt.
r die 1 Einleitung
‚ann- Verschleiß stellt neben Korrosion die häufigste Oberflächenschädigung bei technischen
-obe- Anwendungen dar. Als Verschleißschutz hat sich das Beschichten von Bauteilen mit dünnen
)uer- keramischen Hartstoffschichten wie TiN, WC, CrN und SiN bewährt. Durch die Hartstoffschichten
ent- wird zum einen die Reibung durch die Verringerung der Adhäsionsneigung minimiert und zum
me- anderen die Verschleißresistenz durch die hohe Härte der Schicht angehoben. Als
räpa- Konstruktionswerkstoff sind derartige Keramiken jedoch aufgrund ihrer niedrigen Bruchzähigkeit
a sie nur beschränkt einsetzbar. Als dünne Schichten auf einem duktilen Substratwerkstoff entwickeln sie
‚htei- jedoch dehnungstolerante Eigenschaften durch die Ausbildung eines feinstrukturierten
gen. Rißnetzwerkes. Dünne Hartstoffschichten werden über ihre Anwendung als Funktionsträger hinaus
auch zu dekorativen Zwecken eingesetzt (Uhren- und Autoindustrie). Die Vorzüge von
Beschichtungsverfahren sind hier geringe Material- und Herstellungskosten. Zur Herstellung dieser
Schichten bietet sich das Magnetron-Sputter- sowie das Arc-Verfahren als PVD-Verfahren
oder- (Physical Vapor Deposition) an.
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Zink- 2 PVD-Technik
Das PVD-Verfahren ist ein Prozeß der physikalischen Abscheidung aus der Gasphase. Diese
John Technik umfaßt folgende Vakuumbeschichtungsverfahren: Sputtern, Ionenplattieren und
Bedampfen. Mit Hilfe dieser Verfahren lassen sich sowohl reine Metalle und Legierungen als auch
chemische Verbindungen aufbringen. Die Verfahren können in inerten und/oder reaktiven Gasen
durchgeführt werden. Beim letzt genannten wird der metallische Anteil einer Verbindung zerstäubt
oder verdampft und reagiert mit dem reaktiven Gas in der Vakuumkammer zu dem gewünschten
Schichtwerkstoff. Die Vielzahl der Kombinationsmöglichkeiten, sowohl im Hinblick auf die Wahl
des Grundwerkstoffes als auch auf die des Schichtwerkstoffes, sind besondere Vorteile dieser
Verfahren. PVD-Verfahren ermöglichen das Abscheiden von Hartstoffen bei niedrigen
Temperaturen (200 bis 650 °C) ohne Umweltbelastung. Eingesetzt werden Metalle, Keramik,
Legierungen, Glas sowie Polymere als Grundwerkstoffe. Metall-Legierungen, Karbide, Nitride und
Oxide etc. können als Schichtwerkstoffe dienen. Die Hauptanwendungen hierfür liegen in der
Optik, Elektronik/Mikroelektronik sowie der Verfahrenstechnik im Maschinenbau (Tribologie,
Korrosionsschutz. Wärmeisolation., dekorative Schichten) /1/.
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