Processing, nanoindentation and scratch testing of alumina-coated YTZP

In this work, alumina-coated YTZP materials are proposed as means to combine the mechanical reliability of YTZP with the stiffness and hardness of alumina. Additionally, compressive stresses are developed in the alumina coating when cooling from the sintering temperature due to the thermal expansion mismatch between alumina and YTZP.The proposed processing method involves dipping of pre-sintered YTZP specimens in stable alumina suspensions and co-sintering of the dipped specimens. The influence of the processing parameters on the macro and microstructure of the materials has been established. Berkovich indentation has been performed to determine the Young's modulus of the substrates and coatings. The structural integrity of the coatings has been analysed using scratch tests. The Young's modulus. The optimised specimens present high resistance to scratch up to loads of 150 N.

ResumenEn este trabajo, se proponen los materiales YTZP recubiertos de alúmina como instrumento para combinar la fiabilidad mecánica de YTZP, con la rigidez y la dureza de la alúmina. Adicionalmente, con este diseño, el material cerámico se ve reforzado por las tensiones residuales de compresión que aparecen en el recubrimiento de alúmina durante el enfriamiento desde la temperatura de sinterización, debido a la diferencia en coeficientes de expansión térmica entre la alúmina y la YTZP.El método de procesamiento propuesto implica la inmersión de muestras de YTZP pre-sinterizadas, con un 42% de porosidad abierta, en suspensiones de alúmina estables, y la posterior co-sinterización de los materiales recubiertos.En este trabajo se ha establecido la influencia de los parámetros de procesamiento en la macro y microestructura de los materiales. Así mismo, se ha determinado el módulo de elasticidad de los sustratos y de los recubrimientos mediante ensayos de nanoindentación con puntas de tipo Berkovich. Finalmente, se ha analizado la integridad estructural de los recubrimientos mediante ensayos de rayado. Los recubrimientos optimizados presentan alta resistencia al rayado bajo cargas de hasta 150 N.