TY - THES A1 - Tang, Stanley T1 - Die prozess- und strömungsabhängige Schichtabscheidung beim Hohlkathoden-Gasfluss-Sputtern untersucht an Titan- und Wolframschichten T1 - Process- and flow-dependent film deposition of hollow cathode gas flow sputtering investigated on titanium and tungsten coatings N2 - Flugzeugtriebwerke und insbesondere deren Schaufeln erfahren im Einsatz einen mechanischen, thermischen und chemischen Angriff, der sich negativ auf die Lebensdauer der Bauteile auswirkt. Zur Erhöhung der Lebensdauer der Triebwerksschaufeln werden diese mit Schutzschichten versehen. Das Hohlkathoden-Gasfluss-Sputterverfahren (GFS) bietet eine Alternative zu den konventionellen Beschichtungsverfahren. Es ist in der Lage, die komplex geformten Bauteile komplett zu beschichten, ohne sie zu manipulieren oder eine zweite Beschichtungsquelle einzusetzen. Durch den Einsatz eines hohen Inertgasstroms gelangt das abgesputterte Material von der Beschichtungsquelle zu den „Non Line of Sight“-Bereichen (NLOS) des Substrats. Mit den Modellwerkstoffen Titan und Wolfram wurde im ersten Teil der Arbeit der Zusammenhang zwischen Schichtmorphologie und Prozessparametern beim GFS untersucht. Im zweiten Teil konnte gezeigt werden, dass die Schichtabscheidung und damit die Fähigkeit NLOS-Bereiche zu beschichten von der Gasströmung abhängen. Dadurch ist es möglich, den Stoffübergang mit der Grenzschicht-Theorie zu erklären und die Gasströmung während des Beschichtungsprozesses zu simulieren. N2 - Jet engines and especially the blades suffer from mechanical, thermal, and chemical attack during operation that shortens service lifetime. To enhance service lifetime engine blades are coated with protective layers. Gas flow sputtering (GFS) is an alternative to the currently used coating techniques. It is capable to coat these complex shaped components without manipulation or a second deposition source. The high inert gas flow transports the sputtered material from the deposition source to the “non line of sight” areas (NLOS) of the substrate. In the first part of this thesis the correlation between film morphology and process parameters was investigated with titanium and tungsten which served as model materials. In the second part it was shown that the film deposition and the capability to coat NLOS areas depend on the gas flow. As a result, the mass transport can be explained by the boundary layer theory, and the gas flow during the coating process can be simulated. KW - Oberflächenbehandlung KW - Schicht KW - Titan KW - Wolfram KW - Gasfluss-Sputtern KW - PVD KW - Beschichten KW - Non line of sight KW - Strömungssimulation KW - Gas flow sputtering KW - PVD KW - Coatings KW - Non line of sight KW - Flow simulation Y1 - 2010 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-19623 ER - TY - THES A1 - Glavatskikh, Maria T1 - Verbesserung des Ermüdungsverhaltens von γ-TiAl-Legierungen durch mechanische Oberflächenbehandlung T1 - Improvement of fatigue behavior of γ-TiAl-Alloys by means of mechanical surface treatment N2 - Gegenstand der Arbeit war die Untersuchung mechanischer Oberflächenbehandlungen zur Verbesserung des Ermüdungsverhaltens von hochfesten γ-TiAl-Legierungen TNB-V2 und TNB-V5. Zu diesem Zweck wurden die Verfahren Kugelstrahlen und Festwalzen angewendet. Die Charakterisierung des Ermüdungsverhaltens erfolgte unter Umlaufbiegebeanspruchung bei Raumtemperatur (R = -1, 60 Hz). Für die Bewertung des Verfestigungspotentials durch mechanische Oberflächenbehandlung wurden die prozessinduzierten Randschichteigenschaften wie Rauheit, Eigenspannungen, Mikrohärte, Halbwertsbreite und Mikrostrukturänderungen in Abhängigkeit von Verfahrensparametern analysiert. Im Hinblick auf die vorgesehenen Hochtemperaturanwendungen von Titanaluminiden wurden außerdem Untersuchungen zur Stabilität der Randschichtverfestigung gegenüber thermischer Erholung und Ausheilung durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass durch Kugelstrahlen zyklisch stabile Druckeigenspannungen in der Randschicht erzeugt werden, wodurch eine deutliche Verbesserung der Wechselfestigkeit gegenüber dem elektrolytisch polierten Referenzzustand erreicht wird. Festwalzen hat keine Auswirkung auf die Dauerfestigkeit, was auf den nahezu nicht vorhandenen Mikrohärteanstieg direkt an der Oberfläche sowie auf den Abbau von Druckeigenspannungen nach wenigen Zyklen zurückzuführen ist. Spanende Bearbeitung durch Drehen führt zu vergleichbaren Randschichtverfestigungen mit ähnlicher Tiefenwirkung wie beim Kugelstrahlen, sowie zu einem deutlichen Anstieg der Wechselfestigkeit gegenüber dem Referenzzustand. Im Temperaturbereich zwischen 500 °C und 650 °C werden die Druckeigenspannungen schnell abgebaut, so dass die Oberflächenrauheit von entscheidender Bedeutung wird. Die verbleibende Randschichtverfestigung ist effektiver, wenn die Oberflächenrauheit reduziert wird, so dass das Abpolieren der Oberfläche nach dem Kugelstrahlen empfehlenswert ist. Oberhalb 700 °C ist die Randschichtverfestigung durch Kugelstrahlen nicht mehr effektiv, da die induzierten Punktdefekte sehr schnell ausheilen und in der verformten Randschicht Rekristallisationsvorgänge ablaufen. N2 - The main subject of this work was the investigation of mechanical surface treatments for improvement of fatigue behaviour of high strength γ-TiAl alloys TNB-V2 and TNB-V5. For this purpose shot peening and roller burnishing were applied. Rotating bending fatigue tests were carried out with R=-1 at a frequency of 60 s-1. For evaluation of hardening potential as a result of mechanical surface treatment the near-surface properties of different surface conditions were analyzed. Thereby such characteristics as surface roughness, residual stress profiles, microhardness, half-width breadth and microstructural changes were determined. With regard to desired application of titanium aluminides at high temperatures the influence of thermal exposure on the near-surface properties and resulting fatigue strength was investigated. The results of this work show that shot peening leads to a development of cyclically stable residual compressive stresses in the near-surface region and as a result to a significant improvement of fatigue performance in comparison to electropolished reference state. Roller burnishing does not contribute to improvement of fatigue strength. The reason for this is almost no increase of microhardness directly on the surface as well as residual stress relaxation after a few cycles. Conventional turning leads to high dislocation densities and residual compressive stresses in the near-surface region resulting in a considerable increase of fatigue strength similar to shot peening. In temperature range between 500 °C and 650 °C a rapid relaxation of compressive residual stresses occurs, so that surface roughness is of vital importance. The remaining surface hardening is more effective when the surface roughness is reduced, so that the polishing of the surface after shot peening is recommended. At application temperatures above 700 °C shot peening does not contribute to improvement of fatigue performance due to a quick relaxation of point defects and recrystallization processes in the near-surface area. KW - Aluminiumlegierung KW - Titanlegierung KW - Materialermüdung KW - Oberflächenbehandlung KW - Ermüdungsverhalten KW - Titanaluminide KW - Mechanische Oberflächenbehandlung KW - Kugelstrahlen KW - Festwalzen KW - Fatigue behaviour KW - Titanium aluminides KW - Mechanical surface treatment KW - Shot peening KW - Roller burnishing Y1 - 2011 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-22916 ER - TY - THES A1 - Schroeter, Olaf T1 - Herstellung und Charakterisierung von PVD-Schichten auf Basis der Cr2AlC-MAX-Phase T1 - Fabrication and characterisation of PVD coatings on the base of Cr2AlC max phase N2 - Eine wichtige Aufgabe der Werkstoffwissenschaft ist die Verbesserung von Materialeigenschaften. Besonders bei Hochleistungsmaterialien, die extremen Belastungen ausgesetzt sind, finden kontinuierlich Weiterentwicklungen statt. Dabei ist es von wirtschaftlichem Interesse, die Lebensdauer von Bauteilen durch hochwertige Beschichtungen zu verlängern und damit Kosten zu sparen. Dünne Schichten eignen sich besonders gut, da sie durch ihre speziellen Eigenschaften die Eigenschaften des Grundmaterials an der Oberfläche ergänzen und es so gegen äußere Einflüsse, wie Verschleiß, Korrosion oder Oxidation, schützen. Die vorliegende Arbeit widmet sich daher nanostrukturierten Cr2AlC-Dünnschichten und der Verbesserung ihrer Eigenschaften. Diese Schichten werden durch verschiedene Sputterverfahren hergestellt. Die beiden Herstellungsverfahren Gleichstrom-Magnetronsputtern und High Power Impulse Magnetron Sputtering (HIPIMS) werden im Rahmen dieser Arbeit verglichen. Homogene Schichten wurden durch ein gesintertes Cr2AlC-Target auf Substrate der Nickelbasislegierung IN718 aufgetragen. Dabei wurde der Einfluss der Prozessparameter Kammerdruck, Substrattemperatur und BIAS-Spannung auf das Plasma, die Schichtentwicklung und den daraus resultierenden mechanischen Eigenschaften der erzeugten Schichten untersucht. Um zu zeigen, dass die Ergebnisse außerhalb des Forschungskontextes reproduzierbar sind, wurde eine Beschichtungsanlage industriellen Maßstabes verwendet. Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass durch das HIPIMS-Verfahren, im Vergleich zum Gleichstrom-Magnetronsputtern, der Metallionenanteil auf etwa 70 % erhöht und die Ionenenergien erheblich gesteigert werden. Dies führt zu Änderungen von Schichtmorphologie und Schichteigenschaften. Beide Sputterverfahren eignen sich generell zur Herstellung von Cr2AlC-Schichten in einer industriellen Beschichtungsanlage. Durch Variation der Herstellungsparameter lassen sich unterschiedliche Gefüge, Eigenspannungszustände und Texturen einstellen. Dadurch werden Haftfestigkeit und Erosionsbeständigkeit der Schicht erheblich verbessert. N2 - In materials science the enhancement of materials properties is an important task. Their continuous improvement is needed, especially for high-performance materials that are subjected to extreme loads. Coatings are very suitable to advance the properties of the bulk material at the surface to protect the substrate against damage caused by wear, corrosion or oxidation. Economic concerns, such as increasing a components’ life-time and cost savings can be addressed by applying high quality protective coatings on those materials. Due to the proven good mechanical and chemical properties of sintered Cr2AlC bulk material this work focuses on nanostructured Cr2AlC coatings. Different methods to sputter the coatings are feasible. This work compares the methods of direct current magnetron sputtering (dcms) and high power impulse magnetron sputtering (hipims) to each other. In the experimental set-up, homogeneous coatings, produced by a sintered Cr2AlC target, are deposited on substrates. As substrate IN718 is chosen because it is a high-temperature resistant nickel base alloy, that is widely used in industry, e.g., for air-plane turbines. Thereby the effects of various process parameters are characterized. The analyzed parameters are pressure, substrate temperature and BIAS-voltage. Their influence on plasma, the coatings development and hence the resulting mechanical properties of the produced coatings are determined. An industrial scale coating machine is used to show the applicability and scalability of the research results in production environments. The experimental results show, that the ion energy distributions are raised significantly by using hipims and the metal ion content is increased up to 70 % compared to the dcms method. This leads to changes in the coating morphology and in the coating’s properties. Both sputtering methods are generally applicable for the production of Cr2AlC coatings in an industrial scale coating machine. In addition, by varying the process parameters, different microstructures, residual stresses and textures are adjustable. That leads to enhanced adhesion and erosion resistance of the produced coatings. KW - Dünne Schicht KW - Chrom KW - Aluminium KW - Kohlenstoff KW - PVD KW - HIPIMS KW - Beschichtungstechnik KW - MAX-Phase KW - Erosion KW - PVD KW - HPPMS KW - Coatings KW - Max phase KW - Erosion Y1 - 2011 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-22622 ER -