Auswirkungen von Verunreinigungen mit Blei, Vanadium und Nickel auf das Wachstum von AlSn20Cu1 Schichten

Abstract

Bei vielen technischen Anwendungen werden höchste Anforderungen an die mechanische Belastbarkeit und genaue Verarbeitung der Oberfläche gestellt. Insbesondere bei sich schnell bewegenden bzw. aneinander reibenden Teilen wie Kugel- bzw. Gleitlagern ist eine einwandfreie Oberfläche essentiell, um Schäden oder störende Konsequenzen während des Betriebes zu vermeiden. Grober, stengeliger Schichtaufbau tritt bei Gleitlagerbeschichtungen aus unmischbaren Komponenten auf. So kann Feuchtigkeit eindringen und mit dem unter dieser Schicht liegenden Material chemisch reagieren. Untersuchungen zeigten, dass durch günstige Wahl der Prozessparameter Druck, Beschichtungsrate und Temperatur stengeliges Wachstum unterdrückt werden kann, allerdings tritt dieses selbst bei optimierten Parametern immer noch sporadisch auf. Ziel dieser Arbeit war zu untersuchen, ob etwaige Fremdatome in der Schicht stengeliges Schichtwachstum fördern oder unterdrücken können. Hierzu wurde eine Beschichtungsanlage konstruiert und aufgebaut, mit der man mithilfe einer zweiten Quelle kontrolliert Fremdatome in die Schicht einbringen kann, um so einen Gradienten einer Verunreinigung zu erzeugen. Dadurch konnten die Auswirkungen der Verunreinigungen auf die Strukturbildung untersucht werden. Weiters wurden an Gleitlagern, die unter verschiedenen Prozessparametern beschichtet wurden und daher unterschiedliche Erscheinungsbilder darboten, röntgendiffraktometrische Untersuchungen durchgeführt, um potentielle Auswirkungen der Prozessparameter bei der Strukturbildung zu ermitteln.

Many technical applications impose highest demands on mechanical resilience and accurate processing of a surface. Especially for fast moving or rubbing parts such as ball- or slide bearings a faultless surface is essential in order to avoid damages or disruptive events during operation. Rough-textured and columnar layer structures may occur in bearing-coatings which are made of immiscible components. Thus humidity can penetrate and chemically react with the underlying material. Investigations have shown, that by an appropriate choice of the process parameters pressure, coating rate and temperature columnar growth can be suppressed. Nonetheless, sometimes columnar growth can still occur sporadically even with optimized parameters. The goal of this work was to investigate, if certain impurity elements promote or suppress the columnar growth morphology. For this purpose, a coating system based on magnetron sputtering was designed and constructed, in which impurity elements can be added to the layer by using a second sputtering-target to produce an impurity gradient. Thus the effects on the structure formation could be examined. Furthermore, bearings which were coated under various process parameters and hence showed different microstructures were investigated using the principle of X-ray diffraction to determine the potential effects of the process parameters on the structure formation.