Header Bild

Department Werkstoffwissenschaft

News

30.12.2020

Nanoskalierte Spanungsverteilungen und Mikrostrukturänderungen an Querschnitten eines Ritzversuchs auf einer spröd-duktilen CrN-Cr-Doppellagenschicht

Um die mechanische Antwort von dünnen Schichten auf den Ritzprüfung (scratch test) zu interpretieren, ist es notwendig die lokalen Spannungsverteilungen und Mikrostrukturänderungen zufolge der Deformation an Risskratzquerschnitten aufzuklären. Hier wurden 50 nm fokussierte Röntgen-Nanobeugung (Cross-sectional X-ray nanodiffraction, CSnanoXRD) und Elektronenmikroskopie eingesetzt um die nanoskopischen Eigenspannungs- und Mikrostrukturänderungen in der Umgebung einer Ritzspur (scratch track) in einer Dünnschicht bestehend aus spröd-duktilem Cr und CrN mit jeweils 2 und 1.2µm Dicke auf Schnellarbeitsstahl zu charakterisieren. Die experimentellen Daten zeigen eine komplexe Alternierung der originalen kolumnaren Kornmikrostruktur und eine Ausbildung von starken multiaxialen Spannungsgradienten. Nach dem Ritztest wurden ausgeprägte Normal- und Scherspannungsgradienten in CrN und Cr festgestellt, welche in einem Bereich zwischen ?6 und 1.5 GPa liegen. Diese wurden irreversiblen Mikrostrukturänderungen, wie interkristalliner Rissbildung und transkristalliner Defektansammlung, sowie Kristallitbiegung und gerichtetem Abgleiten in CrN bzw. Cr zugeordnet. Zusammengefasst klären die quantitativen Spannungsdaten die stabilisierende Wirkung der Cr Zwischenlage auf, welche das katastrophale Versagen der Schicht während der Ritzprüfung verhindert.

Artikellink: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S026412752030558X

DOI: https://doi.org/10.1016/j.matdes.2020.109023