Entwicklung eines mikrostrukurellen Konzepts zur Unterdrückung der Wirkung von Wachstumsfehlern bei PVD-Beschichtungen

• Applicant: Dr. Herbert Scheerer
• Subject Area: Coating and Surface Technology ; Materials in Sintering Processes and Generative Manufacturing Processes
• Term: from 2012 to 2014
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 218275321

Störstellen in Bauteiloberflächen wirken sich in der Regel ungünstig auf die Schichtnukleation bei PVD-Beschichtungen aus. Sie können beim Schichtwachstum zu Defekten in der Schichtstruktur führen. Die Konsequenzen sind eine Minderung der lokalen Haftfestigkeit, höhere Reibwerte und Fehlstellen in der Schicht. Eine hohe Sensitivität der Funktionalität gegenüber Nukleationsdefekten an Störstellen zeigt sich naturgemäß beim Einwirken korrosiver Medien. Die Entwicklung von lokalen Korrosionselementen und deren zeitabhängiges Wachstum sind im direkten Zusammenhang zum Schichtaufbau an der Störstelle zu sehen. Prinzipiell ist zu unterscheiden zwischen funktionellen Auswirkungen, die sich aus der Störung der Mikrogeometrie an überdeckten Störstellen ergeben, sowie Wechselwirkungen, welche im Zusammenhang zu an Störstellen vorliegenden Unterschieden in Kristallisation, Haftung und Zusammensetzung der Beschichtung stehen.Im laufenden Vorhaben konnten durch die Variation spezifischer Prozessparameter der bewilligten HiPIMS-Technologie PVD Schichten gezielt mikrostrukturiert werden. Es konnte gezeigt werden, dass das Bedeckungsverhalten von Störstellen in der Oberflächenrandzone modifiziert und damit unmittelbar Einfluss auf das Systemverhalten des Werkstoffverbundes genommen werden konnte. So lassen sich beispielsweise die Haftfestigkeit, das Reib-Verschleißverhalten und die Korrosionsbeständigkeit gezielt beeinflussen.Ziel des Folgeprojektes ist es, aufbauend auf den Ergebnissen der ersten Antragsphase für die entwickelten Schichtvarianten ein grundlegendes Verständnis des Nukleationsverhaltens im Bereich von Störstellen zu erlangen. Es soll ein Verfahren zur Bestimmung eines Bedeckungsgrades für PVD-Beschichtungen entwickelt werden. Der Bedeckungsgrad soll die mikrogeometrische Einebnung von Störstellen im Grundmaterial anhand gezielt unterschiedlich texturierter Beschichtungen methodisch aufzeigen. Der Erfolg einer optimierten Schichtmikrostruktur auf die effektive Barrierewirkung an Schichtdefekten soll für den weiteren Beantragungszeitraum mittels lokaler elektrochemischer Untersuchungen belegt werden. Dabei wird die Korrosion gezielt als Hilfsmittel zur Analyse der an Defekten oder Schwachstellen zeitabhängigen komplexen Wechselwirkungen herangezogen.

• DFG Programme: Research Grants
• Participating Person: Professor Dr.-Ing. Matthias Oechsner