Cathodic arc evaporated high-entropy alloy-based metallic and nitride coatings

Hochentropielegierungen (HEA) haben in den letzten zwei Jahrzehnten viel wissenschaftliche Aufmerksamkeit erfahren. Die Möglichkeiten, die sich durch diese Art des Legierens ergeben, sind mannigfaltig. Für diese Arbeit wurde innerhalb dieser Fülle von Legierungssystemen das bis jetzt unerforschte, äquimolare TiZrTaVSi Legierungssystem ausgesucht; mit der Absicht mechanisch harte und thermisch stabile metallische und nitridische Beschichtungen durch kathodische Lichtbogenverdampfung einer einzelnen HEA Kathode zu erhalten. Diese Arbeit erforschte ebenfalls den Einfluss verschiedener Beschichtungsprozessparameter auf die Zusammensetzung, Oberflächeneigenschaften, mechanische Eigenschaften und auf die kristallographische Struktur der Beschichtungen. Weiters wurden die Verteilung der Droplets und die Winkelverteilung der Beschichtungsspezies untersucht. Die thermische Stabilität und Oxidationsbeständigkeit wurden mithilfe von DSC/TGA und in-situ Hochtemperatur XRD analysiert. Die Ergebnisse zeigten sehr gute mechanische Eigenschaften der nitridischen Beschichtung im abgeschiedenen Zustand. Die in dieser Arbeit vorgenommenen Untersuchungen lassen auf eine Mikrostruktur mit extrem feinen, nanokristallinen Körnern schließen. Sowohl die nitridischen als auch metallischen Beschichtungen bestanden nur aus einer einzigen Phase; kfz für die nitridischen und krz für die metallischen Schichten. Dies stimmte sehr gut mit bis dato veröffentlichten Literaturergebnissen vieler anderer untersuchter HEAs überein. Diese beiden Hauptphasen blieben in Umgebungsluft bis ca. 600 °C stabil, wobei diese Temperatur auch den Beginn der Oxidation beider Beschichtungen andeutete. Die Beschichtungen zeigten keinerlei Anzeichen von Instabilität in Vakuum bis zu Temperaturen um 1200 °C. Die metallischen Schichten zeigten nach einer solchen Wärmebehandlung sogar eine erstaunliche Verdoppelung von Härte und E-Modul im Vergleich zum abgeschiedenen Zustand. Hierin liegen auch mögliche Anwendungsbereiche in sauerstoffarmen Umgebungen.