柱状晶界是硬涂层中最薄弱的环节:来自带桥式缺口微悬臂测试的见解
应用物理
2024-11-20 v1 材料科学
摘要
使用带桥式缺口的微悬臂断裂测试,以及由两种不同微观结构(一种具有柱状晶,另一种具有外延层)组成的独特硬涂层,研究了柱状晶界对断裂韧性的影响。桥式失效序列定性地证明了柱状晶结构处较低的断裂韧性。定量地,在桥式失效时测量的载荷下降也揭示了由于晶界导致的断裂韧性显著降低。具体而言,断裂韧性下降了约 30%,从外延微观结构的 4.1 +/- 0.4 MPa m1/2 降至柱状晶结构的 3.0 +/- 0.3 MPa m1/2。柱状晶结构垂直于生长方向的断裂韧性为 3.0 +/- 0.2 MPa m1/2,高于沿生长方向的 2.7 +/- 0.1 MPa m1/2。这些发现表明,未来硬涂层的优化应侧重于晶界增韧,并且目前的工具箱为这种微观结构优化提出了合适的技术。
引用
@article{arxiv.2411.12624,
title = {Columnar grain boundaries are the weakest link in hard coatings: Insights from micro-cantilever testing with bridge notches},
author = {Yinxia Zhang and Matthias Bartosik and Steffen Brinckmann and Ujjval Bansal and Subin Lee and Christoph Kirchlechner},
journal= {arXiv preprint arXiv:2411.12624},
year = {2024}
}
备注
4 figures