Influence of Fe impurities on structure and properties of AlCrN films grown by cathodic arc evaporation

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit den Auswirkungen von Fe-Verunreinigungen in AlCr Targets mit Fe-Anteilen von bis zu 2 at.% auf die Eigenschaften der damit mittels kathodischer Lichtbogenverdampfung hergestellten AlCr(Fe)N Schichten. Röntgendiffraktometrische und elektronenmikroskopische Analysen der Schichten zeigen keine signifikanten Änderungen der Mikrostruktur. Aufgenommene Elementverteilungsbilder sowie Untersuchungen der Bindungsstruktur mit Hilfe der Röntgenphotoelektronenspektroskopie lassen darauf schließen, dass die Fe Atome homogen in der Schicht verteilt sind und dass sie Cr und Al Atome im Kristallgitter substituieren. Die mechanischen Eigenschaften bleiben weitgehend unverändert. Eine thermogravimetrische Analyse in sauerstoffhaltiger Atmosphäre ergibt jedoch niedrigere Starttemperaturen bezüglich der Oxidation für die Fe-haltigen Schichten. Die chemische Charakterisierung dieser oxidierten Schichten mit Raman-Spektroskopie zeigt die Bildung von Cr2O3 zwischen 800 und 900°C, was letztendlich zu einer etwas reduzierten Verschleißbeständigkeit bei Temperaturen bis zu 700°C führt. Im Gegensatz dazu verzögert das in die Schichten eingebaute Fe die Oxidationsreaktion bei Temperaturen über 1000°C. Dies kann vermutlich auf die Bildung einer dichten Oxidschicht an der Oberfläche zurückgeführt werden, die die darunterliegende nitridische Schicht vor weiterer Oxidation schützt.