Beschichtungsstruktur

Beschichtungsstruktur bezeichnet die innere Architektur einer Beschichtung, einschließlich Phasenverteilung, Mikrokornstruktur, Porosität, Defekte und Grenzflächen. Sie entsteht durch das Beschichtungsverfahren, den Substrat, Prozessparameter und eventuelle Nachbehandlung. Die Struktur gliedert sich in Makrostruktur (Schichtdicke, Mehrlagigkeit) und Mikrostruktur (Kornformen, Textur, Phasenanordnung). Die Beschichtungsstruktur beeinflusst maßgeblich tribologische, chemische und thermische Eigenschaften sowie die Haftung am Substrat.

Wichtige Merkmale sind die Phasenlage (metallisch, keramisch, polymer) und deren Verteilung, Porosität und Dichte, Korngröße und Orientierung, Kontinuität der Schicht, Art der Grenzflächen zum Substrat und zu Zwischenschichten, sowie Restspannungen und Defekte (Hohlräume, Risse). Die Wachstumsweise charakterisiert sich oft durch Kolonnensysteme oder amorpöse Strukturen, je nach Verfahren.

Die Verfahren beeinflussen die Beschichtungsstruktur: Physikalische Abscheidung (PVD) und chemische Abscheidung (CVD) erzeugen je nach Parameter dichte, kolumnare Strukturen oder konforme, feinkristalline Schichten; Thermisches Spritzen führt zu lamellaren Splats und Porosität; galvanische Beschichtungen liefern feinkörnige, gut verbundene Strukturen. Nachbehandlung wie Wärmebehandlung oder Laserrekristallisierung kann Diffusion, Phasenumwandlungen und Spannungsrelaxation bewirken.

Zur Analyse dienen Mikroskopie (optisch, SEM, TEM), Röntgendiffraktometrie (XRD) zur Phasen- und Texturbestimmung, Profilometrie zur Dicke, sowie Haftungsprüfungen. Das Verständnis der Beschichtungsstruktur ist entscheidend für die Auslegung von Mehrlagenschichten, Oberflächenveredelungen und Funktionsschichten, z. B. harte keramische Beschichtungen, DLC oder TiN.