Odporność tribokorozyjna powłok ze stali austenitycznej stabilizowanej azotem

• Autorzy: Fryska S. , Baranowska J.

Identyfikatory

DOI

10.15199/28.2015.5.17

Warianty tytułu

EN

Tribocorrosion resistance of nitrogen stabilized stainless steel coatings

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań odporności korozyjnej i tribokorozyjnej powłok z fazy S naniesionych na stal austenityczną. Faza S jest to rozszerzony austenit (expanded austenite) stabilizowany azotem (lub węglem). Odporność korozyjną i tribokorozyjną wytworzonych powłok porównano z nieobrobioną stalą austenityczną. Powłoki zostały wykonane metodą reaktywnego rozpylania magnetronowego przy różnych parametrach technologicznych procesu. Zmiennymi parametrami procesu były temperatura podłoża (w zakresie 25÷400°C) oraz proporcja gazów roboczych: argonu i azotu (15÷50% obj. azotu). Dla wszystkich powłok określono budowę fazową (metodą dyfrakcji rentgenowskiej — XRD) oraz ich morfologię (metodą skaningowej mikroskopii elektronowej — SEM). Zawartość azotu w powłokach określono metodą mikroanalizy rentgenowskiej — WDS (wzorzec CrN), a rozmieszczenie azotu na przekroju poprzecznym powłok określono metodą jarzeniowej spektroskopii emisyjnej (GDOES). Badania zużycia korozyjnego (bez jednoczesnego zużycia tribologicznego) oraz zużycia tribokorozyjnego (z jednoczesnym zużyciem tribologicznym) przeprowadzono w środowisku wodnym zawierającym chlorki. Badania te obejmowały pomiary w warunkach otwartego, stacjonarnego i zmiennego (dynamicznego) potencjału elektrochemicznego. Tak kompleksowe pomiary pozwoliły na określenie zużycia tribokorozyjnego powłok z fazy S naniesionych na stal austenityczną. Stwierdzono, że najlepszą odporność tribokorozyjną uzyskano dla powłok osadzanych w atmosferze zawierającej 50% azotu. W zależności od parametrów procesu osadzania uzyskano zmniejszenie ogólnego zużycia tribokorozyjnego stali austenitycznej nawet o 85%.

EN

The paper presents results of investigation of corrosion and tribocorrosion resistance of nitrogen stabilized stainless steel coatings, so-colled S phase coatings. Corrosion and tribocorrosion resistance of coatings was compared to uncoated stainless steel. S phase coatings was obtained by reactive magnetron sputtering in various processes parameters. During the process substrate temperature (in a range 25÷400°C) and amount of nitrogen in the reactive atmosphere (in a range 15÷50% vol.) was changed. The phase composition of coatings was evaluated using X-ray diffraction (XRD). Morphology of coatings was investigated by scanning electron microscopy (SEM). Nitrogen content in coatings was investigated by X-ray microanalysis (WDS, standard CrN) and nitrogen distribution on the cross section of coatings was investigated by glow discharge optical emission spectroscopy (GDOES). Corrosion (without tribological wear) and tribocorrosion wear (with tribological wear) was carried out with a 3% of NaCl water solution under open, stationary and dynamic electrochemical potential. Such complex measurements allowed to determine the tribocorrosion wear of S phase coatings deposited on stainless steel substrates. It was found that the best tribocorrosion resistance was occurred for coatings deposited with amount of 50% vol. of nitrogen in reactive atmosphere. Depending on deposition parameters of coatings over 85% of total mass loss during tribocorrosion wear for coated stainless steel was observed.

Słowa kluczowe

PL

stal austenityczna; reaktywne PVD; faza S; odporność tribokorozyjna

EN

austenitic stainless steel; reactive PVD; S-phase; tribocorrosion resistance

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 36, nr 5
• Strony: 281--285
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Fryska S.

• Instytut Inżynierii Materiałowej, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie

autor

Baranowska J.

• Instytut Inżynierii Materiałowej, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie

Bibliografia

• [1] Guemmaz M., Mosser A., Grob J. J., Stuck R.: Sub-surface modifications induced by nitrogen ion implantation in stainless steel (SS316L). Correlation between microstructure and nanoindentation results. Surf. Coat. Techn., 100-101 (1998) 353÷357.
• [2] Baranowska J., Fryska S.: Characterization of mechanical properties of S-phase coatings produced by magnetron sputtering deposition. Chem. Listy 105 (2011) 769÷772.
• [3] Lei M. K., Zhu X. M.: Plasma-based low-energy ion implantation of austenitic stainless steel for improve-ment in wear and corrosion resistance. Surf. Coat. Techn. 193 (2005) 22÷28.
• [4] Lin Jean Fin, Chen Kuan Wei, Wei Chin Chung, Ai Chi-Fong.: The effect of differing nitrogen implantation conditions on penetration depth, mechanical properties and tribological behaviour of plasma-nitrided AISI 304 stainless steel. Surf. Coat. Techn. 197 (2005) 28÷38.
• [5] Fryska S., Baranowska J.: The pressure influence on the properties of S-phase coatings deposited by reactive magnetron sputtering. Acta Physica Pol. A 123 (5) (2013) 854÷857.
• [6] Kappaganthu S. R., Sun Y.: Formation of an MN-type cubic nitride phase in reactively sputtered stainless steel-nitrogen films. J. Cryst. Growth 267 (2004) 385÷393.
• [7] Wu W., Li X., Chen J., Dong H.: Design and characterisation of an advanced duplex system based on carbon S-phase case and GiC coatings for 316LVM austenitic stainless steel. Surf. Coat. Techn. 203 (2009) 1273÷1280.
• [8] Baranowska J., Fryska S., Suszko T.: The influence of temperature and nitrogen pressure on S-phase coatings deposition by reactive magnetron sputtering. Vacuum 90 (2013) 160÷164.
• [9] Bourjot A., Foos M., Frantz C.: Basic properties of sputtered 310 stainless steel-nitrogen coatings. Surf. Coat. Techn. 44/45 (1990) 533÷542.
• [10] Dahm K. L., Dearlney P. A.: On the nature, properties and wear response of S-phase (nitrogen-alloyed stainless steel) coatings on AISI 316L. Proc. Instn. Mech. Engrs. 214 (2000) 181÷198.
• [11] Saker A., He H., Czerwiec T., Li X., Tran Huu L., Dong C., Michel H., Frantz C.: Reactive magnetron sputtering of Inconel 690 by Ar–N2 plasma. Thin Solid Films 516 (2008) 1029÷1036.
• [12] ASTM G59-97 (2009): Standard test method for conducting potentiodynamic polarization resistance measurements.
• [13] ASTM G102-89 (2010): Standard practice for calculation of corrosion rates and related information from electrochemical measurements.
• [14] ASTM G119-09: Standard guide for determining synergism between wear and corrosion.
• [15] Bielawski J.: Formowanie warstwy azotowanej na stali ferrytyczno austenitycznej X2CrNiMoN 2253. Praca doktorska, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie (2012).
• [16] Fryska S.: Powłoki typu (Fe, Cr, Ni)xN otrzymywane metodą reaktywnego rozpylania magnetronowego. Praca doktorska, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie (2014).