Experimentelle Bewertung des Korrosionsschutzvermögens von PVD-Schichten im Hinblick auf Substratvorbehandlung und Schichtarchitektur

Zur Charakterisierung des Korrosionsschutzvermögens von mittels PVD-Technologie beschichteten Substraten wurden in der Vergangenheit ein Vielzahl von Untersuchungs- und Bewertungsmethoden angewendet. Da die applizierten Beschichtungen meist deutlich korrosionsbeständiger sind als der verwendete Substratwerkstoff ist die Degradation des Schicht- Substrat-Verbunds durch die Fehlstellen der Beschichtung dominiert, die dem korrosiven Medium einen Zugang zum Grundwerkstoff ermöglichen. Zur Optimierung von PVD-Schichten hinsichtlich der Korrosionsschutzwirkung ist die Ermittlung der Porosität der Beschichtung von zentraler Bedeutung. Für die Bestimmung der Porosität werden in der Literatur verschiedenste Verfahren, basierend auf Kennwerten aus elektrochemischen Untersuchungsmethoden, aufgezeigt. Problematisch ist dabei, dass die Bestimmung der Porosität unter Umständen durch passive Poren, wie z. B. durch Korrosionsprodukte verstopfte Poren, oder durch messtechnische Probleme verfälscht sein können. In der vorliegenden Arbeit wird eine verbesserte Methodik aufgezeigt, die eine Identifizierung von „verfälschten“ Porositätswerten ermöglicht. Damit sollen im Rahmen von zukünftigen Schichtentwicklungen Fehlinterpretationen von Ergebnissen vermieden und so effektiver neue korrosionsbeständige Schichtsysteme erarbeitet werden. Die Bewertungsmethode wurde anhand von Untersuchungen zur Beeinflussbarkeit der Korrosionsschutzwirkung des Substrat-Schicht- Verbunds durch die Präparation des Grundwerkstoffs und die Architektur einer Mehrlagenbeschichtung entwickelt. Zur Untersuchung des Einflusses der Präparation wurden basierend auf einem vergüteten und einem plasmanitrierten Grundwerkstoffzustand unterschiedliche Oberflächenzustände durch definiertes Abtragen und Polieren hergestellt und eine Chrom-Beschichtung appliziert. Aus den Ergebnissen der Korrosionsuntersuchungen kann eine Indizierung von Fehlstellen in der Beschichtung in Form von Löchern durch typische oxydische Einschlüsse im Grundwerkstoff abgeleitet werden. Die Ergebnisse machen deutlich, dass durch die Präparation des Grundwerkstoffs die Dichte der oxydischen Einschlüsse und damit die Dichte der korrosionsrelevanten Fehlstellen maßgeblich beeinfluss werden kann. Bei der Auswahl des Werkstoffzustands und der Präparation des Grundwerkstoffs sollte bei zukünftigen Entwicklungen neben den etablierten Einflussfaktoren Rauheit und der korrosiven Beständigkeit des Grundwerkstoffs in Zukunft auch der Einfluss der Präparation auf die werkstofftypische Einschlüsse an der Oberfläche kritisch betrachtet werden. Zur Untersuchung des Einflusses der Schichtarchitektur eines Mehrlagenschichtsystems wurde ein Schichtaufbau gewählt, der aus einer alternierenden Abfolge von gradierten Chromcarbidund amorphen Kohlestoff-Lagen (CrCg/a-C) und einer Decklage aus amorphen Kohlenstoff mit Wasserstoff (a-C: H) besteht. Entgegen dem allgemeinen Verständnis konnte aus den Ergebnissen eine Erhöhung der Porosität mit zunehmender Anzahl an CrCg/a-C-Zwischenlagen abgeleitet werden. Mit zunehmender Anzahl an CrCg/a-C-Zwischenlagen nimmt die Dicke der Beschichtung unter der a-C: H-Decklage zu und ein Abdecken der Löcher durch die Decklage wird damit erschwert. Die Dicke der Decklage hat bei der untersuchten Schichtarchitektur auf die Abdeckung der Fehlstellen keinen dominanten Einfluss.