VDI 3824 Blatt 4-2001 Quality assurance of PVD and CVD hard coating - Inspection planning of hard coatings.pdf

1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREQualittssicherung bei derPVD- und CVD-HartstoffbeschichtungPrfplanung fr HartstoffschichtenQuality assurance ofPVD and CVD hard coatingInspection planning of hard coatingsVDI 3824Blatt 4 / Part 4Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI-Gesellschaft WerkstofftechnikFach

2、ausschuss Qualittssicherung PVD/CVDFachbereich Oberflchen/BeschichtungenVDI-Handbuch WerkstofftechnikVDI-Handbuch Betriebstechnik, Teil 1VDI-Handbuch KonstruktionVDI-RICHTLINIENZu beziehen durch / Available from Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin Alle Rechte vorbehalten / All rights reserved Verein Deu

3、tscher Ingenieure, Dsseldorf 2001Vervielfltigung auchfr innerbetriebliche Zwecke nicht gestattet / Reproduction even for internal use not permittedDie deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich.ICS 03.120.10; 87.020 August 2001The German version of this guideline shall be taken as authorita-

4、tive. No guarantee can be given with respect to the English trans-lation. Inhalt Seite1Vorwort. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 Geltungsbereich. . . . . . . . . . . . . . . . . 33 Planung qualittssichernder Prfungen . . . 43.1 Festlegung der Qualittsmerkmale . . . . . 43.2 Art und Umfan

5、g der Prfung . . . . . . . . 53.3 Prfzeitpunkte . . . . . . . . . . . . . . . . 64 Prfverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64.1 Sichtprfung. . . . . . . . . . . . . . . . . 64.2 Bestimmung der Schichtdicke . . . . . . . 64.2.1 Lichtmikroskopische Messung ammetallographischen Kugelschliff (K

6、alottenschliff) . . . . . . . . . . . 74.2.2 Lichtmikroskopische Messung ammetallographischen Querschliff . . . 84.2.3 Rntgenfluoreszens (XRF) undBeta-Rckstreuung . . . . . . . . . . 94.3 Bestimmung der Hrte . . . . . . . . . . . 104.3.1 Spezielle Anforderungen fr dieHrteprfung dnner Schichten . . .

7、 104.3.2 Mikrohrte . . . . . . . . . . . . . . 114.3.3 Universalhrte . . . . . . . . . . . . 114.4 Bestimmung des Zusammenhalts des Schicht-Substrat-Verbundes (Haftungsprfung“) . . . . . . . . . . . . 124.4.1 Haftungsprfung mit demRockwell-Test . . . . . . . . . . . . 124.4.2 Haftungsprfung mit dem

8、Ritz-Test . 134.5 Funktionale Eigenschaften des Schicht-Substrat-Verbundes. . . . . . . . . 144.5.1 Verschlei. . . . . . . . . . . . . . . 144.5.2 Korrosion . . . . . . . . . . . . . . . 14Schrifttum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15Anhang A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

9、5Contents Page1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 Planning of inspection for quality assurance. 43.1 Specification of the quality features . . . . . 43.2 Type and scope of inspections . . . . . . . . 53.2 Inspection times . .

10、 . . . . . . . . . . . . 64 Inspection methods . . . . . . . . . . . . . . . 64.1 Visual Inspection. . . . . . . . . . . . . . . 64.2 Determination of the coating thickness . . . 64.2.1 Light-optical microscope measure-ments on the metallagraphic spherical-ground section (spherical-cap section) 74.

11、2.2 Light-optical measurement on themetallographic cross-section . . . . . 84.2.3 X-Ray fluorescent analysis and betaback scatter method. . . . . . . . . . 94.3 Determination of the hardness . . . . . . . . 104.3.1 Special requirements concerning hardness tests for thin coatings . . . . 104.3.2 Micr

12、ohardness . . . . . . . . . . . . 114.3.3 Universal hardness . . . . . . . . . . 114.4 Determination of the cohesion of thecoating/substrate composite (adhesion test) . . . . . . . . . . . . . . . . 124.4.1 Adhesion test by means of the Rockwell test . . . . . . . . . . . . . 124.4.2 Adhesion test b

13、y means of the surface scratch test . . . . . . . . . . 134.5 Functional properties of the coating/substrate composite . . . . . . . . . 144.5.1 Wear . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144.5.2 Corrosion . . . . . . . . . . . . . . . 14Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15Annex A

14、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15Frhere Ausgabe: 9.99 Entwurf,deutschFormer edition: 9/99 draft, in German onlyB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2001 2 VDI 3824 Blatt 4 / Part 41VorwortDer Fa

15、chausschuss Qualittssicherung des Fachbe-reichs Oberflchen/Beschichtungen in der VDI-Ge-sellschaft Werkstofftechnik hat diese Richtlinie erar-beitet, um zur Qualittssicherung PVD- oder CVD-beschichteter Werkzeuge und Bauteile beizutragen.Sie greift produktspezifische Aspekte des Qualitts-managements

16、 (QM) bei der Hartstoffbeschichtungheraus und kann einerseits als Leitfaden fr die Ver-stndigung zwischen Anwendern und Beschichterndienen, andererseits werden notwendige Vorausset-zungen an eine anforderungsgerechte Hartstoffbe-schichtung verdeutlicht. Die Richtlinie trgt so zurQualittssicherung im

17、 Sinne der aktuellen Be-griffsnormung bei, nmlich zur Darlegung von QM-Elementen dem Anwender gegenber mit dem Ziel,Vertrauen in die Erfllung seiner Qualittsanforde-rungen zu schaffen.Die Richtlinie VDI 3824 umfasst folgende Teile:Blatt 1: Eigenschaftsprofile und Anwendungsge-biete von Hartstoffschi

18、chtenBlatt 2: Anforderungen an zu beschichtende Werk-zeuge und BauteileBlatt 3: Fertigungsablufe und -ttigkeitenBlatt 4: Prfplanung fr HartstoffschichtenDas vorliegende Blatt 4 Prfplanung fr Hartstoff-schichten“ untersttzt die Hersteller und Anwendervon Hartstoffschichten bei der Festlegung der zurQ

19、ualittssicherung von hartstoffbeschichteten Teilennotwendigen Prfungen. Diese sind gem den inBlatt 2 festgelegten Anforderungen und in Blatt 3 de-finierten Arbeitsschritten in den gesamten Ferti-gungsablauf zu integrieren.Hersteller und Anwender erhalten einen berblickber die zz. blichen Verfahren z

20、ur Prfung und Kon-trolle grundlegender Eigenschaften hartstoffbe-schichteter Teile. In der Richtlinie wird festgelegt,welches Verfahren fr die Prfung einer bestimmtenEigenschaft geeignet ist. Diese Verfahren werden inihrer Durchfhrung und Auswertung beschrieben. Eswerden Hinweise zu Besonderheiten u

21、nd Problemenbei der Anwendung des jeweiligen Verfahrens gege-ben. Sind aufgefhrte Verfahren bereits genormt oderstandardisiert, wird darauf Bezug genommen. Eswerden Aussagen ber Genauigkeit und Reprodu-zierbarkeit der Prfverfahren gemacht. Durch dieseDarstellung werden Anwender und Hersteller in die

22、Lage versetzt, fr die Kontrolle einer bestimmtenEigenschaft der beschichteten Teile ein geeignetesVerfahren zu whlen und die Prfergebnisse zu beur-teilen.1 IntroductionThe technical committee ”Quality Assurance“ of thesection ”Surface/Coatings“ within the VDI Societyfor Materials Technology has prep

23、ared this guidelinein order to contribute to the quality assurance in thefield of PVD- and CVD-coated tools and compo-nents. It focuses on product-specific aspects of qual-ity management (QM) in hard coating. On the onehand, this guideline may serve as a reference for thecommunication between users

24、and coaters; on theother hand, it explains the requirements to be met bya hard coating. The guideline thus contributes toquality assurance in accordance with the currentstandardized meaning of the term: It helps to explainelements of quality management to the user so that hemay gain confidence in th

25、e fulfilment of his qualityrequirements.The guideline VDI 3824 comprises the followingparts:Part 1: Characteristics profiles and fields of appli-cation of hard coatingsPart 2: Requirements to be met by tools and com-ponents to be coatedPart 3: Production processes and proceduresPart 4: Inspection pl

26、anning for hard coatingsThe present Part 4 ”Inspection planning for hard coat-ings“ supports the manufacturers and users of hardcoatings in specifying the inspections which are re-quired to assure the quality of hard-coated parts.These inspections have to be integrated in the overallproduction proce

27、ss in compliance with the require-ments specified in Part 2 and in accordance with theworking steps defined in Part 3.Manufacturers and users are given an overview of theprocedures for testing and checking basic propertiesof hard-coated parts. This guideline specifies proce-dures appropriate for tes

28、ting specific properties. Theexecution and the evaluation of these procedures aredescribed, including information on special featuresand problems that may be encountered in applyingthe respective procedure. If a procedure mentionedherein has already been standardized, reference willbe made to the pe

29、rtinent standard. The guideline alsocontains statements as to the accuracy and reproduc-ibility of the test procedures. This description puts us-ers and manufacturers in a position to select the ap-propriate procedure for testing a specific property ofthe hard-coated parts and enables them to assess

30、 thetest results.B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2001 VDI 3824 Blatt 4 / Part 4 3 Weiterhin werden Hinweise zur konkreten Prfpla-nung gegeben. Dies betrifft Art, Zeitpunkt und Um-fang der Prfung. Die F

31、estlegung von Qualittsmerkmalen muss sicham jeweiligen Einsatzfall und ihrer Prfbarkeit orien-tieren. Sie mssen vor der Beschichtung von Kundenund Beschichtern gemeinsam festgelegt und doku-mentiert werden. 2 GeltungsbereichDurch eine Hartstoffbeschichtung wird immer eineAnpassung des Verhaltens ein

32、es Bauteils oder Werk-zeugs an die Anforderungen eines ganz konkretenAnwendungsfalls angestrebt. Dies erfolgt meist inmehreren Schritten. In vielen Fllen wurden durcheine Hartstoffbeschichtung bestimmte Anwendungs-gebiete berhaupt erst erschlossen. Ob die Beschich-tung tatschlich den erwarteten Erfo

33、lg hat, lsst sichletztendlich nur unter den konkreten Anwendungs-bedingungen prfen (Feldversuch). In einigen Berei-chen sind daher anwendungsnahe Tests entwickeltworden (z.B. spezifische Bohr- und Zerspanungs-tests), die Auskunft ber das tatschliche Einsatzver-halten des hartstoffbeschichteten Baute

34、ils oder Werk-zeugs geben. Diese Tests sind grundstzlich am bes-ten zur Qualittssicherung geeignet, soweit sie mitvertretbarem Zeit- und Kostenaufwand durchfhrbarsind. Aufgrund der hohen Spezifik (oft sind sie frnur ein bestimmtes Produkt entwickelt worden) kannauf diese Tests jedoch im Rahmen diese

35、r Richtlinienicht eingegangen werden. Eine Beschreibung dieserTests findet sich meist in den firmeneigenen Quali-ttsmanagementsystemen. Die in Abschnitt 3 diesesBlatts gegebenen Hinweise zur Prfplanung gelten je-doch auch fr die Durchfhrung dieser Art von Tests.Oft ist die Durchfhrung von Feldversuc

36、hen oderspezifischen Tests zur Qualittssicherung nichtmglich, da der finanzielle oder technische Aufwandzu gro ist, oder entsprechende Tests nicht vorhan-den sind. In diesem Fall muss ein Modellversuch(DIN 50 323-2) durchgefhrt werden. Er kann sichauffunktionale Systemeigenschaften, d.h. auf dasVerh

37、alten des gesamten beschichteten Bauteilsoder Werkzeugs unter bestimmten Beanspruchun-gen, z.B. tribologische Eigenschaften, funktionale Eigenschaften des Verbunds aus Hart-stoffschicht und Grundwerkstoff, z.B. Verbund-hrte oder Ritzbestndigkeit,strukturelle Eigenschaften der Hartstoffschichtselbst,

38、 z.B. Hrte und Elastizittsmodul oderSchichtdicke,Furthermore, guidance is given on the actual inspec-tion planning with respect to the type, time, and scopeof inspections.The quality features shall be specified in accordancewith the respective application, taking into accounttheir testability. They

39、shall be mutually agreed bycustomers and coaters prior to coating, and shall bedocumented.2 ScopeHard coating always aims at adapting the behaviourof a component or tool to the requirements of a spe-cific application. This mostly comprises severalsteps. In many cases, it is only by way of hard coati

40、ngthat certain applications are rendered possible.Whether or not a coating shows the expected effectcan, at long last, only be checked under on-site con-ditions (field test). In some fields, application-ori-ented tests have therefore been developed (e.g. spe-cific drilling and cutting tests), which

41、provide infor-mation on the actual on-site behaviour of a hard-coated component or tool. As a matter of principle,these tests are best suited for quality assurance pro-vided that they can be performed at reasonable timeand cost expenditure. However, as these tests arehighly specific (they have often

42、 been developed tomatch the needs of one product only), they cannot bedealt with in this guideline. Descriptions of such testsare mostly found in in-house quality managementsystems. The notes on inspection planning as per Sec-tion 3 of this guideline, however, also apply to theperformance of this ki

43、nd of tests.It is often impossible to carry out field tests or specifictests for quality-assurance purposes because of theirhigh financial or technical demands, or for lack ofsuch tests. In this case, a model test (DIN 50 323-2)shall be performed. It may refer tofunctional system properties, i.e. to

44、 the behaviourof the complete coated component or tool underspecified stresses, e.g. tribological properties,functional properties of the composite of hardcoating and basis material, e.g. composite hard-ness or scratch resistance,structural properties of the hard coating proper,e.g. hardness and mod

45、ulus of elasticity or coatingthickness.B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2001 4 VDI 3824 Blatt 4 / Part 4beziehen. Er kann teilweise am beschichteten Werk-stck selbst durchgefhrt werden. Vielfach ist abernur

46、 eine Prfung von Vergleichsproben mglich.Im vorliegenden Blatt werden bei Lohnbeschichternetablierte Methoden aus diesen Bereichen derModellprfung an Hartstoffschichten dargestellt.Grundstzlich ist zu berlegen, ob mit den ausge-whlten Verfahren die fr den Einsatz relevantenEigenschaften tatschlich e

47、rfasst und reproduzierbargeprft werden knnen.Die Prfung von optischen, dekorativen, elektrischenund anderen Funktionsschichten, die nicht dem Ver-schleischutz und der Reibungsminderung dienen,wird ausdrcklich nicht betrachtet. Auf die vielflti-gen fr F on the other hand, they derivefrom requirements

48、 which result from the (sub-)pro-cesses involved (e.g. surfaces without burrs, surfacecleanness, etc.). For these reasons, and also becauseof the costs, no special procedures and processes areestablished for order-related identification and speci-fication of quality features. Instead, standard inspe

49、c-tion plans are often used, into which the specific cus-tomer requirements are entered prior to treatment ofthe workpiece. These inspection plans indicate whichtests have to carried out during or after the individualworking or procedure steps, using which testingmeans, and at which intervals. The inspection plansthus show the sequence of the individual inspectionsteps, interlinked with the intended sequence of treat-ment steps.B55EB1B3E14C22109E91