Hochaufl?sende Auger-Elektronenspektroskopie zur Untersuchung von Hartstoffbeschichtungen

Zusammenfassung Berichtet wird über hochauflösende Auger-Elektronenspektroskopie an TiN-Schichten als einem ausgewählten Beispiel für Hartstoffbeschichtungen. Die Schichten werden durch reaktives Magnetronsputtern in einer Ar-N₂-Atmosphäre auf Stahlsubstraten abgeschieden. Die maximale Härte der Schichten liegt bei 3500HV_0.1. Schichten, deren Bruchflächen im Elektronenmikroskop einen homogenen Aufbau zeigen, liefern eine auf einem KugelScheibe-Tribometer gemessene Verschleißminderung um einen Faktor 35–70. TiN-Substrat-Interfaces wurden eingehend mit hochauflösender Auger-Elektronenspektroskopie untersucht. Bei sorgfältiger Einstellung der Auger-Mikrosonde und geeigneter Versuchsführung werden Interfacebreiten von weniger als 50 nm gemessen. Übereinstimmung besteht zwischen den Messungen an Schrägschliffen und Sputtertiefenprofilanalysen. Die gemessenen Interfacebreiten unterscheiden sich deutlich von Literaturwerten, die typisch zwischen 200 nm und 300 nm liegen. Ursachen für die vorliegende Diskrepanz werden diskutiert. Am Beispiel einer TiN-Cr-Edelstahl-Sandwichschicht wird die Möglichkeit dargestellt, mit hochauflösender Auger-Elektronenspektroskopie den Verlauf von Korngrenzen in der TiN-Beschichtung zu analysieren.

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High-resolution auger electron spectroscopy for the investigation of hard coatings

Summary High-resolution Auger electron spectroscopy is applied to TiN-layers as an example for hard coatings. The coatings are produced by reactive magnetron sputtering on steel substrates in an Ar-N₂ atmosphere. Maximum hardness of the layers is 3,500 HV_0.1. Layers of homogeneous structure give a reduction of abrasion by a factor of 35–70. TiN substrate interfaces have been submitted to a detailed examination by high-resolution Auger electron spectroscopy. Interfaces of less than 50 nm could be measured with careful adaption of the microprobe and with appropriate experimental conditions. The values for the measured interfaces are distinctly different from literature data, which are typically between 200 nm and 300 nm. The reasons for this discrepancy are discussed. The possibility of analyzing grain boundaries in TiN coatings by means of high-resolution Auger-electron spectroscopy is demonstrated by the example of a TiN-Cr stainless steel sandwich layer.