Ionenstrahlgestützte Abscheidung dünner Funktionsschichtsysteme im System Ti-B-C-N und deren Charakterisierung
Gegenstand der Arbeit war die Synthese und Charakterisierung von Hartstoffschichten mit einer definierten Zusammensetzung im übergeordneten System Ti-B-C-N. Die Abscheidung der Schichten erfolgte mit der ionenstrahlgestützten Beschichtungstechnik (IBAD). Bei den untersuchten Hartstoffen handelt es sich um Karbide und Nitride bzw. Karbonitride von Titan und Bor sowie Boride von Titan, die der Zusammensetzung folgend formal in die ternären Schichtsysteme B-C-N, Ti-C-N und Ti-B-C eingeordnet bzw. zum Gesamtsystem Ti-B-C-N zusammengefasst werden können. Die Adhäsion der abgeschiedenen Schichten war auf allen Substraten mit Ausnahme einiger Glassubstrate sehr gut, was auf eine geeignete Vorbehandlung schließen lässt und durch den Aufbau eines breiten Schichtinterface bedingt durch den Ionenbeschuss zu erklären ist. Die härtesten Schichten wurden im System Ti-B-C und B-C-N abgeschieden. Das beste Verschleißverhalten besitzen die stickstoffhaltigen Schichten im System Ti-C-N, die unter N2+-Ionenbeschuss synthetisiert wurden. Hinsichtlich des Korrosionsschutzvermögens schneiden die TiBC-Schichten am besten und die TiCN-Schichten nur wenig schlechter ab. Die Eisenauflösung des Stahlsubstrates ist um ca. den Faktor einhundert gegenüber dem unbeschichteten Stahl reduziert. Die BCN-Schichten weisen eine vergleichsweise schlechte Schutzwirkung gegen korrosiven Angriff auf. Dies zeigt sich besonders im Langzeitverhalten, wo die TiBC- und TiCN- Schichten eine gute Schutzwirkung demonstrieren. Für eine Kombination von gutem Verschleißverhalten und wirksamem Korrosionsschutz sind Schichten im Ti-B-C-System am besten geeignet. In den Systemen B-C-N und Ti-C-N wurden bei einigen der Schichten außerdem Hinweise auf die Bildung von ternären Verbindungen ("BCN", "TiCN") gefunden. Es bestehen Bindungen zwischen den Schichtatomen B bzw. Ti, C und N und es deuten sich im XRD nanokristalline Phasen der ternären Verbindungen h-BCN und TiCN (kfz) in den betreffenden Schichten an. Die ternäre Phase liegt jeweils neben binären Phasen (Borkarbid, BN bzw. TiN, TiC) in der Gesamtschicht vor. Eine eindeutige Zuordnung zu den ternären Verbindungen ist jedoch aufgrund der vorliegenden Daten noch nicht möglich. Dazu sind weitere Untersuchungen und Vergleiche mit Ergebnissen anderer Autoren notwendig.
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