Handbuch der Nanoanalytik Steiermark 2005

LösungenL18: Haftfestigkeitsprüfung von dünnen SchichtenL18: Haftfestigkeitsprüfungvon dünnen Schichten mittelsScratch-TestDer Haftfestigkeit von Schichten am Grundwerkstoffkommt in der industriellen Beschichtungstechniksehr große Bedeutung zu, da eine Ablösungder Beschichtung zum vollständigen Verlust derOberflächenfunktionalität führt. Die Angabe derHaftfestigkeit erfolgt i.A. bei dicken Beschichtungenals Haft-Zugfestigkeit oder Haft-Scherfestigkeitund somit als Belastungsgröße für die Zerstörungdes Verbundes Beschichtung-Grundwerkstoff z.B.im Zugversuch. Diese Testmethode kann jedoch beiBeschichtungen mit Dicken von weniger als 100 µmnicht mehr angewendet werden. Daher wird imBereich der Dünnschichttechnik und Nanoanalytikversucht, durch massive plastische Verformung derbeschichteten Oberfläche zur Darstellung der Haftfestigkeitzu kommen. Im Ritztest („scratch test“)wird dabei ein Diamantkegel nach Rockwell-C-Geometriein die beschichtete Oberfläche eingedrücktund gleichzeitig translatorisch parallel zur Oberflächebewegt. Der entstehende Ritz („scratch“)und die auftretenden Verformungsmerkmale desVerbundes werden ausgewertet und dienen zurErmittlung einer kritischen Last, bei welcher es zurSchädigung der Beschichtung kommt.Abbildung 1:Ergebnisse von Scratch-Tests auf PLD-Multilagen-Beschichtungen aus Ti-TiN.(a) Abhängigkeit der kritischen Last vonder Dicke der Ti- bzw. TiN-Einzelschichten(Gesamtschichtdicke 1 µm). (b)Versagenstypen bei der kritischen Last:(1) „Buckling“ einer Beschichtung mit32 nm Einzelschichtdicke. (2) Aufreißeneiner Schicht mit 250 nm Einzelschichtdicke.In der Versuchsführung stehen gemäß EN 1071verschiedene Belastungskonzepte zur Verfügung:(1) linear zunehmende Belastung während der translatorischenBewegung, (2) konstante, schrittweisezunehmende Belastung und (3) konstante Belastungbei mehrmaligen Ritzen im gleichen Scratch.Diese Belastungskonzepte erlauben Aussagen überden größten Einfluss auf das Versagen der Beschichtung(1), eine statische Versagensanalyse (2)und die modellhafte Analyse von im Anwendungsfallauftretenden Ermüdungsbeanspruchungen (3).Die Versagenstypen im Scratch-Test werden entscheidendvon den (mechanischen) Eigenschaftenvon Beschichtung und Grundwerkstoff bestimmt.Ist die Beschichtung z.B. im Vergleich zum Grundwerkstoffsehr weich, treten große plastische Verformungender Beschichtung auf, und die kritische164Handbuch der Nanoanalytik Steiermark 2005