Die prozess- und strömungsabhängige Schichtabscheidung beim Hohlkathoden-Gasfluss-Sputtern untersucht an Titan- und Wolframschichten

Process- and flow-dependent film deposition of hollow cathode gas flow sputtering investigated on titanium and tungsten coatings

  • 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 esFlugzeugtriebwerke 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.show moreshow less
  • 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.

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Metadaten
Author: Tang, Stanley
URN:urn:nbn:de:kobv:co1-opus-19623
Referee / Advisor:Prof. Dr.-Ing. Leyens, Christoph
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Year of Completion:2010
Date of final exam:2010/10/28
Release Date:2010/11/17
Tag:Beschichten; Gasfluss-Sputtern; Non line of sight; PVD; Strömungssimulation
Coatings; Flow simulation; Gas flow sputtering; Non line of sight; PVD
GND Keyword:Oberflächenbehandlung; Schicht; Titan; Wolfram
Institutes:Fakultät 3 Maschinenbau, Elektro- und Energiesysteme / FG Metallkunde und Werkstofftechnik
Institution name at the time of publication:Fakultät für Maschinenbau, Elektrotechnik und Wirtschaftsingenieurwesen (eBTU) / LS Metallkunde und Werkstofftechnik