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Electrochemical evaluation of thin films and coatings deposited with ion beam assisted deposition (IBAD) using scanning electrochemical microelectrode (1998)

Vera, E. ; Stippich, F. ; Meinert, K. ; [et al.]

Weinheim : Wiley-Blackwell

Materialwissenschaft und Werkstofftechnik 29 (1998), S. 66-71

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ISSN: 0933-5137

Keywords: Chemistry ; Polymer and Materials Science

Source: Wiley InterScience Backfile Collection 1832-2000

Topics: Mechanical Engineering, Materials Science, Production Engineering, Mining and Metallurgy, Traffic Engineering, Precision Mechanics

Description / Table of Contents: Elektrochemische Untersuchungen an mittels ionenstrahlunterstützter Beschichtung (IBAD) abgeschiedenen Schichten mit der „Scanning-Electro-chemical-Microelectrode“In diesem Beitrag wird die Anwendung einer neueren elektrochemischen Methode, der Scanning-Electrochemical Microelectrode (SEME), am Beispiel der Charakterisierung dünner ionenstrahlunterstützter Beschichtungen (IBAD) vorgestellt. Der Trend bei der Entwicklung korrosionschützender dünner Beschichtungen führt zu kombinierten Mehrfach-Schichtsystemen, die bei geringerer Schichtdicke technisch etablierte Verfahren ersetzen Könnten. Aufgrund der geringen Schichtdicke können Verunreinigungen oder Schichtfehler das Korrosionsschutzvermögen erheblich beeinflussen. Die SEME, für die eine Anlage aufgebaut wurde, steht eine geeignete Methode zur Detektion dieser Schichtfehler dar. Die Funktionsweise beruht im wesentlichen auf Potential- und Stromdichte-Messungen, wobei wegen der lateralen Auflösung von ca. 20 μm Potentiale bzw. Stromdichten lokal gemessen werden können. 2-dimensionale Scans führen zu einem elektrochemischen Abbild der Oberfläche. Die Leistungsfähigkeit dieser Methode wird im vorliegenden Artikel am Beispiel von Al/Al2O3 Schichtsystemen auf CK45 demonstriert, wobei die großflächige und lokale elektrochemische Information verglichen werden.

Notes: In this contribution the application of a modern technique-scanning electrochemical microelectrode - for the evaluation of thin films which were deposited (IBAD) is illustrated. New tendencies in the development of thin films with anticorrosive purpose lead to the development of multi-layer systems acting similar to those commonly, applied in the industry, however, being much thinner. Imperfections and defects are commonly introduced in the coating during the deposition process, and these affect the anticorrosive properties of the film. In order to make a local electrochemical study of these multi-layer systems we have developed equipment in order to perform electrochemical surface-scans (potential and current density) on the basis of a microelectrode with a good lateral resolution (approximately 20 μm). Al-Al2O3 multilayers on steel substrates with differently designed interfaces were investigated to show the variation of uniform and local electrochemical information obtained in dependence on the coating deposition parameters.

Additional Material: 8 Ill.

Type of Medium: Electronic Resource

URL: http://dx.doi.org/10.1002/mawe.19980290209

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Maßgeschneiderte Schicht-Interfacesysteme mittels ionenstrahlgestützter Beschichtung (1998)

Wolf, G. K. ; Engel, P. ; Heyden, D. ; [et al.]

Weinheim : Wiley-Blackwell

Materialwissenschaft und Werkstofftechnik 29 (1998), S. 518-524

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ISSN: 0933-5137

Keywords: Chemistry ; Polymer and Materials Science

Source: Wiley InterScience Backfile Collection 1832-2000

Topics: Mechanical Engineering, Materials Science, Production Engineering, Mining and Metallurgy, Traffic Engineering, Precision Mechanics

Description / Table of Contents: Custom-Tailored Coating-Interface Systems by Means of lon Beam Assisted DepositionA coated sample represents in its most simple form a threefold junction consisting of substrate interface and top layer. In many cases the top layer consists again of several sublayers or the interface contains a modified substrate surface and an interconnection between top layer and interface. An ideal coating technique is evaporation under simultaneous ion bombardment with an ion source it is possible because of several free parameters to come close to an ideal system.For the coating Al/Al2O3 on steel it is shown that the width of a composition gradient between the sublayers Al and Al2O3 can be optimized with respect to excellent corrosion resistance.The example CrxN coating on steel or corrosion and wear resistence demonstrate the ability to optimize the corrosion and wear resistence by modifying the microstructure via variation of the parameters ion energy, ion impact angle, ion to atom ratio and process temperature.Finally, TiN layers on steel were chosen to show that the ion beam parameters influence the porosity and the crystal structure of the coatings. This fact can be used to optimize the corrosion protection or wear reduction obtained by the coating. Especially the multilayer Ti/TiO2/TiN exhibits very interesting properties.

Notes: Ein beschichtetes Bauteil stellt in seiner einfachsten Form einen Dreierverbund aus Substrat, Interface und Schicht dar, in vielen Fällen kann die Schicht aus mehreren Untersystemen bzw. das Interface aus der modifizierten Substatrandschicht und einem Zwischenbereich zur Schicht bestehen. Eine ideale Beschichtungsmethode sollte es daher erlauben, alle diese Schichten bzw. Schichtbereiche in kontrollierter und aufeinander abgestimmter Form zu erzeugen.Mittels des IBAd-Verfahrens, bei dem Aufdampfschichten während ihrer Abscheidung mit Ionen aus einer Ionenquelle beschossen werden, ist es möglich, infolge der zahlreichen frei wählbaren Parameter sich an das ideale System heranzutasten.Anhand des Verbunds Stahl/Al/Al2O3 wird erlätert, wie durch einen in der Ausdehnung optimierten Zusammensetzungsgradienten das Interface zwischen den Subschichten Al und Al2O3 bezüglich des Korrosionsschutzvermögens der Schicht verbessert werden kann.An CrxN-Schichten wird demonstriert, daß durch die Wahl der Parameter Ionenenergie, Ioneneinfallswinkel, Ionen/Atom-Verhältnis und Prozeßtemperatur über die Mikrostruktur von Schicht und Oberfläche das Verschleiß-und Korrosionsverhalten sowie die Härte angepaßt werden können.Am Beispiel TIN auf Stahl zeigt sich, daß je nach Ionenstrahlparameter die Porosität und damit das Korrosionsverhalten bzw. die Kristallinität und damit Härte und Verschleißverhalten optimiert werden können. Besonders Mehrlagenschichten Ti/TiO2/TiN zeigen interessante Eigenschaften.

Additional Material: 10 Ill.

Type of Medium: Electronic Resource

URL: http://dx.doi.org/10.1002/mawe.19980290910

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Beanspruchungsverhalten von PVD-CrN Beschichtungen auf Leichtmetallwerkstoffen (1998)

Senf, J. ; Berg, G. ; Friedrich, C. ; [et al.]

Weinheim : Wiley-Blackwell

Materialwissenschaft und Werkstofftechnik 29 (1998), S. 9-15

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ISSN: 0933-5137

Keywords: Chemistry ; Polymer and Materials Science

Source: Wiley InterScience Backfile Collection 1832-2000

Topics: Mechanical Engineering, Materials Science, Production Engineering, Mining and Metallurgy, Traffic Engineering, Precision Mechanics

Description / Table of Contents: Behaviour of light metals with PVD-CrN coatings using different test methodsThe application of thin hard coatings on machining tools, e.g. drilling tools is state of the art. The increase of lifetime of coated Tools compared to uncoated tools is well known. [1]. In this context „separation of functions“ is an often used phrase, by meaning the separation of functions of the volume and the surface of materials. Going one step forward, from the point of view of tribology or corrosion this means, you have „only“ to protect the surface by using a „good“ coating without looking at the material underneath. In the past the influence of substrate materials or the optimization of the system (substrate-coating) was not the main aim of PVD development. Looking at substrate and coating as a system is especially necessary, if the differences of the properties of substrate and coating are large (e.g. hard coating - light metals).This paper shows different aspect of the tribological and electrochemical characterization of PVD coated light metals (CrN coating).

Notes: Das Aufbringen dünner Hartstoffschichten ist bei tribologisch stark beanspruchten Werkzeugen, wie z. B. bei Dreh- und Umformwerkzeugen., Stand der Technik. Standzeiterhöhungen der beschichteten Werkzeuge im Vergleich zu unbeschichteten Referenzen sind vielfach bestätigt [1].In diesem Zusammenhang ist in vielen Fällen „Funktionstrennung“d. h. eine Trennung der Aufgaben von Werkstoffvolumen und Werkstoffoberfläche, ein zentrales Schlagwort. Dabei wird davon ausgegangen, daß tribologische und korrosive Beanspruchungen nur auf Oberflächen wirken und darum nur diese mit einer geeigneten Schicht zu schützen sind. Die Wahl der Substratwerkstoffe oder eine Optimierung des Schicht-Substrat-Verbundes stand oft nicht im Mittelpunkt der PVD - Schichtentwicklung. Betrachtungen zum Schicht-Substrat-Verbund sind jedoch unumgänglich, wenn die Eigenschaften von Schicht und Substrat stark von einander abweichen (z. B. Hartstoffe auf „weichen“ Leichtmetallen im Gegensatz zu Hartstoffen auf hochfesten Stahlsubstraten).Der Beitrag greift wesentliche Aspekte zur mechanisch-tribologischen und elektrochemischen Bewertung hartstoffbeschichteter Leichtmetalle am Beispiel PVD-CrN auf.

Additional Material: 8 Ill.

Type of Medium: Electronic Resource

URL: http://dx.doi.org/10.1002/mawe.19980290105

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Ionen- und plasmagestützte Verfahren der Oberflächentechnik für die Randschichtbehandlung von Leichtmetallwerkstoffen (1998)

Stock, H.-R. ; Seidel, F. ; Mayr, P. ; [et al.]

Weinheim : Wiley-Blackwell

Materialwissenschaft und Werkstofftechnik 29 (1998), S. 537-544

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ISSN: 0933-5137

Keywords: Chemistry ; Polymer and Materials Science

Source: Wiley InterScience Backfile Collection 1832-2000

Topics: Mechanical Engineering, Materials Science, Production Engineering, Mining and Metallurgy, Traffic Engineering, Precision Mechanics

Description / Table of Contents: Surface engineering of light weight materials with ion- and plasma-assisted methodsIncreasing applications of light weight materials are expected in the future. Pursuing this trend surface engineering of these materials - especially ion- and plasma-assisted methods - swill be of increasing interest to enhance their wear and corrosion resistance. In a research co-operation some promising methods were examined on different aluminium and titanium alloys to assess their potential to increase the surface properties. Among these were magnetron sputtering of chromium nitride, ion beam assisted deposition of Cr/CrN and Al/A2O3 layers, ion implantation and ion beam assisted nitriding. Compared to the steel substrates the assessment of the mechanical properties such as the critical load of the scratch test of the coated light weight materials is different. Furthermore, it could be shown that both spherical section and glow discharge optical spectroscopy are useful methods to characterize the near-surface zone influenced by ion implantation.

Notes: Es ist zu erwarten, daß die Anwendungsbreite von Leichtmetall-legierungen in Zukunft noch steigen wird. Mit diesem Trend werden auch oberflächentechnische Methoden - insbesondere ionen- und plasmaunterstützte Verfahren - gefragt sein, um den Verschleiß- und Korrosionswiderstand der Oberflächen zu verbessern. Im Rahmen eines Verbundprojektes wurden verschiedene aussichtsreiche Verfahren untersucht, um ihr Potential zur Verbesserung der Oberflächeneigenschaften von Aluminium- und Titanlegierungen einschätzen zu können. Hierunter befanden sich das Magnetronsputtern von Chromnitrid, die ionenstrahluntersützte Abscheidung von Cr/CrN- und Al/A2O3Schichten, die Ionenimplantation und das Ionenstrahlnitrieren. Im Vergleich mit beschichteten Stahlsubstraten ergeben sich Unterschiede bei der Einschätzung wichtiger mechanischer Eigenschaften, wie der im Ritztest ermittelten kritischen Last. Weiterhin konnte gezeigt werden daß sowohl der Kalottenschliff als auch die Glimmentladungspektroskopie gut geeignet sind, die durch Ionenimplantation beeinflußte Randzone zu charakterisieren.

Additional Material: 15 Ill.

Type of Medium: Electronic Resource

URL: http://dx.doi.org/10.1002/mawe.19980290912

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