Oxidation Behaviour of a Novel Nanolamellar Ti0.05Al0.95N Coating

Verschleißschutz-Beschichtungen basierend auf einer neuartigen nanostrukturierten über ein “low pressure chemical vapour deposition”-Verfahren hergestellten Ti0.05Al0.95N Schicht, wurden bezüglich ihrer Oxidationseigenschaften im Temperaturbereich von 700 °C – 1150 °C in Hinblick auf Phasenzusammensetzung, Gefügeänderungen, Eigenspannungsentwicklung und Härte untersucht. Ein Vergleich mit anderen Beschichtungen, die mittels zweier unterschiedlicher “physical vapour deposition”-Verfahren abgeschieden wurden und weit verbreitet Anwendung finden, demonstrierte anschaulich den überlegenen Oxidationswiderstand der neuen Beschichtung. Die Bildung einer schützenden α-Al2O3 (Korund) Deckschicht, die für diese Eigenschaft verantwortlich gemacht wird, konnte mit Labor- und Synchrotron-Röntgendiffraktion, als auch mit Elektronenmikroskopie-Methoden dokumentiert werden. Durch den Einsatz hochauflösender Transmissions-Elektronenmikroskopie wurde eine neue lamellare Phase in der Ti0.05Al0.95N Schicht mit charakteristischen Längen im Nanometer-Bereich entdeckt. Tiefenaufgelöste Härtemessungen mittels Nanoindentation auf einem flachen Keil, der mit einem fokussierten Ionenstrahl in die Beschichtung geschnitten wurde, offenbarten eine unerwartet hohe Härte der hoch Al-haltigen Schicht, welche durch das zuvor erwähnte nano-lamellare Gefüge erklärt werden kann. Schließlich zeigte Synchrotron-Röntgendiffraktion keine besonders ausgeprägten Vorzugsorientierungen in der Beschichtung und tiefenaufgelöste Eigenspannungsmessungen belegten einen komplexen tiefenabhängigen Druckspannungszustand, welcher durch Phasenzersetzung während der Oxidation bei hohen Temperaturen teilweise relaxiert.