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Columnar grain boundaries are the weakest link in hard coatings: insights from micro-cantilever testing

  • Yinxia Zhang
  • , Matthias Bartosik
  • , Steffen Brinckmann
  • , Ujival Bansal
  • , Subin Lee
  • , Christoph Kirchlechner
  • Karlsruher Institut für Technologie
  • Forschungszentrum Jülich GmbH

Publikation: Beitrag in FachzeitschriftArtikelForschungBegutachtung

Abstract

The effect of columnar grain boundaries (GBs) on the fracture toughness was investigated using micro-cantilever fracture testing in a hard coating featuring two distinct microstructures within a single sample: a columnar-grained top and an epitaxial bottom region. Bridge-notch fracture initiated more readily in the columnar-grained region, indicating reduced toughness. Furthermore, quantitative analysis of the load drops at bridge-failure confirmed a ∼30% decrease in fracture toughness due to GBs: from 4.1 to 3.0 MPa m1/2. These results reveal the detrimental role of GBs in fracture toughness and highlight the importance of microstructural design for improving the mechanical performance of hard coatings.
OriginalspracheEnglisch
Seiten (von - bis)1099-1107
Seitenumfang9
FachzeitschriftMaterials Research Letters [Elektronische Ressource]
Jahrgang2025
AusgabenummerVolume 13, Issue 11
DOIs
PublikationsstatusVeröffentlicht - 13 Juli 2025

UN SDGs

Dieser Output leistet einen Beitrag zu folgendem(n) Ziel(en) für nachhaltige Entwicklung

  1. SDG 9 – Industrie, Innovation und Infrastruktur
    SDG 9 – Industrie, Innovation und Infrastruktur

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