Deformation And Fracture Analysis Of Coating-Substrate Systems

The paper presents the deformation and fracture analysis of coating-substrate systems during spherical indentation. CrN and TiN ceramic coatings with a thickness of 1-5 μm were tested using 10 to 200 μm tip radius spherical indenters. The typical results of indentation tests i.e. force-penetration depth curves were transformed into stress-strain curves using an algorithm developed by the author. The test results are compared with the results of numerical analysis conducted using FEM modelling. Such a complex analysis allows users to determine the level of tensile stress leading to the formation of cracks observed using SEM and TEM microscopy, and to define the failure maps for the coating substrate-systems.

W pracy przedstawiono analizę deformacji i pękania układów powłoka-podłoże przy użyciu testów indentacji i sferycznych wgłębników. Badano powłoki CrN i TiN o grubościach z zakresu 1-5 μm stosując wgłębniki o promieniach zaokrąglenia z zakresu 10 do 200 μm. Typowe wyniki testów w postaci krzywych siła-głębokość penetracji transformowano na krzywe naprężenie-od-kształcenie przy użyciu algorytmu opracowanego przez autora. Wyniki porównywano z wynikami modelowania przy użyciu metody elementów skończonych MES. Taka procedura pozwoliła określić stan naprężeń rozciągających prowadzących do powstawania pęknięć obserwowanych przy użyciu mikroskopii skaningowej SEM i transmisyjnej TEM. Opracowano także mapy deformacji badanych układów powłoka-podłoże.