Bibliographic Metadata
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- TitleInterfacial reactivity and adhesive properties of ternary transition metal nitride hard coatings in contact with polymers : / von Martin Wiesing ; erstgutachter: Prof. Dr.-Ing. Guido Grundmeier, Zweitgutachter: Prof. Dr. Matthias Bauer
- Translated titleAdhäsive und reaktive Wechselwirkungen ternärer Übergangsmetall-basierter Hartstoffschichten in Kontakt mit Polymeren
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- Description1 Online-Ressource (ix, 162 Seiten) : Diagramme
- Institutional NoteUniversität Paderborn, Dissertation, 2018
- AnnotationTag der Verteidigung: 10.07.2018
- Defended on2018-07-10
- LanguageEnglish ; German
- Document TypesDissertation (PhD)
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Zusammenfassung
Die funktionalen Eigenschaften ternärer nitridischer Hartstoffschichten wurden in dieser Arbeit untersucht indem deren reaktives sowie adhäsives Verhalten im Kontakt mit Polymeren mit ihrer Oberflächenchemie korreliert wurde. The Ergebnisse erlaubten es mikroskopische Mechanismen der thermischen und elektrochemischen Oxidation von Ti0.5Al0.5N zu entwickeln, die die Oberflächenchemie der Schichten definieren. In diesem Zusammenhang konnte gezeigt werden, dass Ti0.5Al0.5N nach Abscheidung mit einer mehrlagigen Oxidschicht bedeckt ist, die aus einer oxynitridischen Wachstumsregion und einer oxydischen Decklage besteht. Im Gegensatz dazu bildet sich infolge elektrochemischen Oxidation ein reaktives und defektreiches Oxid aus, das mit Ti(III) Oberflächenzuständen terminiert ist. Die Analyse der reaktiven Wechselwirkungen zwischen Polycarbonat und Ti0.5Al0.5N zeigten, dass lediglich eine physikalische Restrukturierung, aber kein katalytischer Abbau des Polycarbonats stattfindet, der hingegen aber an unbeschichteten Stahloberflächen beobachtet wurde. Die Korrelation der Oberflächenchemie mit den adhäsiven Wechselwirkungen zeigte, dass die van der Waals Kräfte durch eine Oxidation des Ti0.5Al0.5N nach Abscheidung und durch eine oberflächliche Anreicherung von Al minimiert werden können. Es wurde zudem gezeigt, dass die van der Waals Kräfte auch in Anwesenheit von Säure-Base Wechselwirkungen wesentlich zur gesamten Adhäsion beitragen.
Abstract
The functional properties of ternary nitridic hard coatings used for polymer melt processing were investigated within this thesis by correlating their interfacial reactive and adhesive behaviour in contact with polymers with the surface chemistry of these coatings. The results allowed to develop microscopic mechanisms of the thermal and the electrochemical oxidation of Ti0.5Al0.5N, which both define the surface chemistry of the coatings. In this regards, it was shown that the surface of Ti0.5Al0.5N is covered after deposition by a thin multi-layered oxide layer consisting of an oxynitridic growth region and a superficial oxidic top layer. In contrast, the enhanced electrochemical oxidation results into the formation of a non-protective and highly defective surface oxide, which is terminated with highly reactive Ti(III) surface states. The analysis of the reactive interactions between polycarbonate and Ti0.5Al0.5N showed that only a physical restructuring, but no catalytic chemical degradation of the polycarbonate occurs as otherwise encountered at the surface of uncoated tool steel. The correlation of the surface chemistry and the adhesive interactions revealed that the van der Waals interactions can be minimized by an enhanced oxidation of Ti0.5Al0.5N after deposition and an enrichment of Al. In the presence of acid-base bonding, the van der Waals forces were shown to still significantly contribute to the overall adhesion.
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