Wpływ twardości i modułu sprężystości powłok kompozytowych na ich odporność na zużycie

• Autorzy: Zimowski S.

Warianty tytułu

EN

Effect of the hardness and elastic modulus on the wear resistance of the composite coatings

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono analizę właściwości mikromechanicznych powłok kompozytowych w porównaniu z ich odpornością na zużycie przez tarcie. Badanymi materiałami były powłoki nanokompozytowe typu nc-TiC/a-C i MoS2(Ti,W) oraz powłoka wielowarstwowa CrN(Cr/CrN)x5 osadzone na utwardzonych podłożach metalicznych. Powłoki zostały tak dobrane, aby różnica w ich twardości była znacząca, nawet dwukrotna. Analizy dokonano w oparciu o wyniki testów indentacyjnych, badań odporności na zarysowanie oraz tribologicznych w ślizgowym styku z kulą Al2O3. Mechanizm zużycia analizowano na podstawie obserwacji bruzdy powstałej po tarciu oraz skazy kuli z użyciem mikroskopu optycznego i skaningowego mikroskopu elektronowego. Wykazano, że duża twardość powłoki nie zawsze gwarantuje jej dużą odporność na zużycie podczas tarcia w styku niesmarowanym. Znaczącym jest budowa i skład kompozytu, a zwłaszcza sztywność układu powłok/podłoże oraz właściwości ślizgowe powłoki.

EN

The analysis of the micromechanical properties of the composite coatings in comparison with their frictional wear resistance is presented. Nanocomposite nc-TiC/a-C and MoS2(Ti,W) coatings and CrN(Cr/CrN)5x multilayer coating deposited on hardened metal substrates were investigated. The hardness of CrN(Cr/CrN)5x coating was equal to 26 GPa and was more than two times greater than the hardness of nc-TiC/a-C and MoS2(Ti,W) coatings which were 7.6 GPa and 10.7 GPa, respectively. Analyses were based on the results of the indentation tests, scratch tests, and tribological properties obtained in sliding contact with the Al2O3 ball. The wear mechanism was determined by observations of the ball scars and grooves formed during friction using optical and SEM microscopy. It has been shown that the high hardness of the coating does not always guarantee a high wear resistance in a non-lubricated sliding contact. The structure of the composites, coating/substrate stiffness, and sliding properties are important in evaluating the wear resistance of the coatings.

Słowa kluczowe

PL

powłoki kompozytowe; odporność na zużycie; tarcie; twardość; warstwa samosmarna

EN

composite coatings; wear resistance; friction; hardness; self-lubricating layer

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2014
• Tom: nr 4
• Strony: 149--160
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Zimowski S.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza im. St. Staszica w Krakowie, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Polska

Bibliografia

• 1. Williams J.A.: Wear modelling: analytical, computational and mapping: a continuum mechanics approach. Wear 225–229, 1999, pp. 1–17.
• 2. Pei Y.T., Galvan D., De Hosson J.Th.M., Cavaleiro A.: Nanostructured TiC/a-C coatings for low friction and wear resistant applications. Surface and Coatings Technology 198, 2005, pp. 44–50.
• 3. Leyland A., Matthews A.: On the significance of the H/E ratio in wear control: a nanocomposite coating approach to optimised tribological behavior. Wear 246, 2000, pp. 1–11.
• 4. Johnson K.L.: Contact Mechanics, Cambridge University Press, Cambridge, 1985.
• 5. Weertman J.: Fracture mechanics, A unified view for Griffith-Irwin-Orowan cracks. Acta Metallurgica 26, 1978, pp. 1731–1738.
• 6. Zhang S., Zhang X.: Toughness evaluation of hard coatings and thin films. Thin Solid Films 520 (2012) 2375–2389.
• 7. Moskalewicz T., Zimowski S., Wendler B., Nolbrzak P., Czyrska-Filemonowicz A.: Microstructure and tribological properties of low-friction composite MoS2(Ti,W) coating on the oxygen hardened Ti-6Al-4V alloy. Metals and Materials International 20, 2014, pp. 269–276.
• 8. Zimowski S., Moskalewicz T., Wendler B., Kot M.: Thick low-friction nc-MeC/a-C nanocomposite coatings on Ti-6Al-4V alloy: microstructure and tribological properties in sliding contact with a ball. Metallurgical and Materials Transactions A 45A, 2014, pp. 3916–3928.
• 9. Smolik J., Słomka Z., Paćko D., Hermanowicz P.: Cr-CrN and CrN-TiC multilayer coatings manufactured by means of vacuum arc method. Maintenance Problems 4, 2006, pp. 91–104.
• 10. Sánchez-López J.C., Martínez-Martínez D., Abad M.D., Fernández A.: Metal carbide/amorphous C-based nanocomposite coatings for tribological applications. Surface and Coatings Technology 204, 2009, pp. 947–954.
• 11. Lin J.F., Liu M.H., Wu J.D.: Analysis of the friction and wear mechanism of structural ceramic coatings: Part 2: The effect of operating conditions and substrate material. Wear 198, 1996, pp. 7–14.
• 12. Ivashchenko V.I., Porada O.K., Ivashchenko L.A., Timofeeva I.I., Dub S.M., Skrinskii P.L.: Mechanical and tribological properties of TiN and SiCN nanocomposite coatings deposited using methyltrichlorosilane. Powder Metallurgy and Metal Ceramics 47, 2008, pp. 95–101.