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- 9.5 Tribologie und Verschleißschutz (2)
- 5 Werkstofftechnik (1)
- 5.1 Mikrostruktur Design und Degradation (1)
- 6.1 Oberflächen- und Dünnschichtanalyse (1)
- 6.6 Physik und chemische Analytik der Polymere (1)
Eingeladener Vortrag
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Polycrystalline Ni materials with grain sizes less than 100 nm (nano crystalline NC) and with grain sizes in the micrometer range (micro crystalline MC) in form of thin films have become important in many technologies due to their improved physical, chemical and mechanical properties. Usual the mechanical properties of such coatings are described by a Hardness value and a Young´s modulus measured by Instrumented Indentation Testing (IIT).The behavior of such coatings during indentation test is influenced by different size effects having their representative length scale – grain size, coating thickness, length that characterizes the depth dependence of the hardness (Indentation Size Effect ISE). To estimate realistic values for the intrinsic coating Hardness and Young´s modulus all size effects have to be considered.
For this work thin nano crystalline Ni – coatings (average grain size 30 nm) with thickness from 1 μm to 5 μm were electrodeposited on brass substrates. Indentation tests in the continuous stiffness measurement (CSM) mode were provided on as prepared Ni – coatings using a G200 Nanoindentation system (Fa. Keysight). For estimation of the intrinsic hardness of the coatings from composite hardness values calculated from the measured force –displacement curve using the Oliver & Pharr method, the model described by Z.S. Ma [1] was used.
It was found that the experimental data can be well described by the model. The fitted values for the intrinsic hardness and the fitting parameters will be given. The different values of intrinsic hardness and of length characterizing depth dependence of the hardness for different coating thickness are discussed as results of changes in the coating structure because of changes in deposition parameters.
[1] Z.S. Ma, Y.C. Zhou, S.G. Long, C. Lu: On the intrinsic hardness of a metallic film/substrate system: Indentation size and substrate effects. International Journal of Plasticity 34 (2012) 1-11.
This work is supported by European Metrology Program for Innovation and Research (EMPIR)
(JRP 14IND03 Strength – ABLE)
Auf dem Weg zu Industrie 4.0: Bestimmung von Messunsicherheitsbudgets in der Oberflächentechnik
(2019)
Vorgestellt wurde die Bestimmung von Messunsicherheitsbudgets für sehr unterschiedliche physikalische Größen, die in der Oberflächentechnik von hoher Relevanz sind: Stufenhöhe h, Schichtdicke d, Eindringhärte HIT und Haftfestigkeit. Die Unterschiede betreffen die Art der Prüfmethodik (optisch zerstörungsfrei vs. mechanisch invasiv/zerstörend), die laterale Größe des Integrationsgebietes der Messung (lokal: nano bis sub-mikro vs. global: mikro bis makro) und die Art der Bestimmung von Messunsicherheitsbudgets (physikalische Größen: direkt rückführbar; Werkstoffkenngröße: genormt; Systemkenngröße: genormt).
Im Rahmen von Industrie 4.0 werden ausgehend der geforderten Spezifikation des beschichteten Produkts (Mittelwert mit Vertrauensbereich oder Mindestwert) durchgehende Toleranzbänder zur Oberflächenmodifizierung/Beschichtung des Substrats, einhergehend mit Prozessfenstern, die diese Toleranzbänder garantieren, erforderlich, die zuverlässig erfasst werden müssen. Die Frage der anzuwendenden Mess- und Prüftechnik und die damit notwendige Betrachtung von Messunsicherheitsbudgets ist für die Digitalisierung von Konditionierungs-, Zustands-, Regel- und Steuergrößen unverzichtbar. Mit Blick auf die Einhaltung von Prozessfenstern und die dafür notwendige Prozessführung wird technologisches Kern-Know-how digitalisiert, das es unbedingt zu schützen gilt. Nur lokale Netze können diese Sicherheit garantieren, in globalen Netzen ist die Datensicherheit bestenfalls maximierbar
Commercial grade-1 titanium samples (Ti, 99.6%) were treated using three alternative methods, (i) femtosecond laser processing, (ii) thermal heat treatment, and (iii) electrochemical anodization, respectively, resulting in the formation of differently conditioned superficial titanium oxide layers. The laser processing (i) was carried out by a Ti:sapphire laser (pulse duration 30 fs, central wavelength 790 nm, pulse repetition rate 1 kHz) in a regime of generating laser-induced periodic surface structures (LIPSS). The experimental conditions (laser fluence, spatial spot overlap) were optimized in a sample-scanning setup for the processing of several square-millimeters large surface areas covered homogeneously by these nanostructures. The differently oxidized titanium surfaces were characterized by optical microscopy, micro Raman spectroscopy, variable angle spectroscopic ellipsometry, and instrumented indentation testing. The tribological performance was characterized in the regime of mixed friction by reciprocating sliding tests against a sphere of hardened steel in fully formulated engine oil as lubricant. The specific tribological performance of the differently treated surfaces is discussed with respect to possible physical and chemical mechanisms.