Struktura i właściwości powlok CrCN otrzymanych metodą katodowego odparowania łukowego w układzie stacjonarnym

• Autorzy: Warcholiński B. , Gilewicz A. , Łupicka O. , Kolodiy I. V. , Kuprin A. S. , Ovcharenko V. D. , Tolmachova G. N.

Warianty tytułu

EN

Structure and properties of CrCN coatings formed using cathodic arc evaporation in stationary system

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Powłoki ochronne na narzędziach i częściach maszyn to skuteczny sposób na poprawę ich trwałości. Ze względu na dobrą odporność na utlenianie i zużycie powłoki azotku chromu są powszechnie stosowane w przemyśle. Prowadzone są prace zmierzające do dalszej poprawy właściwości powłok, m. in. poprzez domieszkowanie węglem, oraz rozszerzenia zakresu zastosowań. Celem pracy było określenie wpływu zmian ciśnienia azotu i napięcia polaryzacji podłoża na szybkość nanoszenia, chropowatość, strukturę krystalograficzną, twardość, przyczepność do podłoża oraz zużycie powłok CrCN otrzymanych na podłożach ze stali HS6-5-2 w układzie stacjonarnym (bez obrotu podłoży) i porównanie z odpowiednimi właściwościami powłok CrN formowanych w tożsamych warunkach. Stwierdzono, że grubości powłok uzyskanych na przedniej stronie podłoża są zbliżone, niezależnie od warunków technologicznych formowania. Powłoki formowane na tylnej stronie podłoża charakteryzowały się około trzykrotnie mniejszą grubością. Badania struktury krystalicznej powłok prowadzono na urządzeniu DRON 4. Wykazały one, że w zależności od doboru parametrów procesu technologicznego i umieszczenia podłoży możliwe jest wytworzenie powłok o różnej dominującej orientacji sieci krystalograficznych. Powłoki są silnie steksturowane - współczynnik tekstury zależy od warunków formowania powłoki.

EN

Protective coatings on tools and machine parts is an effective way to improve their durability. Due to good resistance to oxida-tion and wear chromium nitride coatings are widely used in industry. The works aimed at further improving, for exampie by carbon doping, the properties of the coatings and to extend its applications are carried out. The goal of this study was to investigate the effect of nitrogen pressure and substrate bias voltage on the deposition rate, roughness, structure, hardness, adhesion and wear of CrCN coatings formed on HS6-5-2 steel substrates in stationaty system (without substrates rotation) and comparison with adequate properties of CrN coating formed in similar conditions. It was found that coating thicknesses obtained on the front side of the substrate are approximately the same regardless of technological conditions of deposition. The coatings formed on the reverse side of the substrate characterize about three times lower thickness. The studies of the crystal structure of the coatings was performed on a DRON 4 device. X-rays investigations showed that it is possible to form coatings with different dominant crystallographic orientation of the lattice depending on the selection ofprocess parameters and placement of substrates.

Słowa kluczowe

PL

węgloazotek chromu; struktura krystaliczna; tekstura; twardość; zużycie

EN

chromium carbonitride; crystal structure; texture; hardness; wear

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Mechaniki Precyzyjnej
• Czasopismo: Inżynieria Powierzchni
• Rocznik: 2015
• Tom: nr 4
• Strony: 62--71
• Opis fizyczny: Bibliogr. 34 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Warcholiński B.

• Politechnika Koszalińska, Wydział Technologii i Edukacji

autor

Gilewicz A.

• Politechnika Koszalińska, Wydział Technologii i Edukacji

autor

Łupicka O.

• Politechnika Koszalińska, Wydział Technologii i Edukacji

autor

Kolodiy I. V.

• Narodowe Centrum Naukowe, Charkowski Instytut Fizyki i Technologii, Charków. Ukraina

autor

Kuprin A. S.

• Narodowe Centrum Naukowe, Charkowski Instytut Fizyki i Technologii, Charków. Ukraina

autor

Ovcharenko V. D.

• Narodowe Centrum Naukowe, Charkowski Instytut Fizyki i Technologii, Charków. Ukraina

autor

Tolmachova G. N.

• Narodowe Centrum Naukowe, Charkowski Instytut Fizyki i Technologii, Charków. Ukraina

Bibliografia

• [1] Aksenov 1.1., Belous V.A.: Vacuum-arc equipment for ion-plasma deposition of coatings. „Probl. Atomic Sci. Technol.", 2000, n. 3, series: Plasma Physics (5), p. 156-158.
• [2] Aksenov 1.1., Andreev AA, Belous V.A., Strelnitsky V.E., Khoroshikh V.M.: Vacuum Arc: Plasma Sources, Deposition of Coatings, Surface Modification. Naukova Dumka, Kiev2012.
• [3] Khoroshikh V.M., Leonov SA, Belous V.A.: Features of the process of vacuum-arc produced Ti-plasma flux deposition under gaś pressure of 1 to 10 Pa. „Surf. Coat. Technol.", 2015, 261, p. 167-173.
• [4] Khoroshikh VM, Leonov SA., Belous VA, Vasilenko R.L., Kolodiy LV., Kuprin A.S., Tikhonovskiy VA, Tolmacheva G.N.: Structure and mechanical properties of ZrN coatings formed by deposition of vacuum arc plasma fluxes. „Phys. Surf. Eng.", 2014, 12(1), p. 45-56.
• [5] Bull S.J., Bhat D.G., Staia M.H.: Properties and per-formance of commercial TiCN coatings. Part 2: tribological performance. „Surf. Coat. Technol.", 2003, 163-164,507-514.
• [6] Bouzakis K.D., Koutoupas G., Siganos A., Leyendecker T., Erkens G., Papapanagiotou A., Nikolakakis P.: Increasing of cutting performance of PVD coated cemented carbide inserts in chipboard milling through improvement of the film adhesion, considering the coating cutting loads. „Surf. Coat. Technol.", 2000, 133-134, 548-554.
• [7] Kopać J., Sokolic M., Dolinek S.: Tribology of coated tools in conventional and HSC machining. „J. Mater. Proc. Technol.", 2001, 118, p. 377-384.
• [8] Kusiak A., Battaglia J.L, Marchal R.: Influence of CrN coating in wood machining from heat flux estimation in the tool. „Int. J. Thermal. Sci.", 2005, 44, p. 289-301.
• [9] Anders A.: Cathodic Arcs: From Fractal Spots to Energetic Condensation. Springer, New York 2008.
• [10] Boxman R.L., Sanders D.M., P.J. Martin P.J.: Hand-book of Vacuum Arc Science and Technology. Noyes Publications, Park Ridge, N.J. 1995.
• [11] Wan X.S., Zhao S.S., Yang Y., Gong J., Sun C.: Effects of nitrogen pressure and pulse bias voltage on the properties of Cr-N coatings deposited by arc ion plating. „Surf. Coat. Technol.", 2010, 204, p. 1800-1810.
• [12] Rebholz C., Ziegele H., Leyland A., Matthew A.: Structure, mechanical and tribological properties of nitrogen-containing chromium coatings prepared by reactive magnetron sputtering. „Surf. Coat. Technol.", 1999, 115, p. 222-229.
• [13] Gilewicz A., Warcholiński B., Kukliński Z.: Właściwości tribologiczne twardych warstw Cr(C,N) otrzymywanych metodą katodowego odparowania łukowego. „Inżynieria Materiałowa", 2006, 5(153), s. 972-975.
• [14] Odeń M., Almer J., Hakansson G.: The effects of bias voltage and annealing on the microstructure and residual stress of arc-evaporated Cr-N coatings. „Surf. Coat. Technol.", 1999, 120-121, p. 272-276.
• [15] Wang D.Y., Weng K.W.: Deposition of CrN coatings by current-modulating cathodic arc evaporation. „Surf. Coat. Technol.", 2001, 137, p. 31-37.
• [16] Khoroshikh V.M., Leonov S.A., Belous V.A.: Influ¬ence of substrate geometry on ion-plasma coating deposition process. Proc. of 23rd Int. Symp. on Dis-charges and Electrical Insulation in Vacuum, Bucha-rest2, 2008, p. 591-594.
• [17] Ovcharenko V.D., Kuprin A.S., Tolmachova G.N., Gilewicz A., Lupicka O., Rochowicz J., Warcholiński B.: Deposition of chromium nitride coatings from vacuum arc plasma in increased nitrogen pressure. „Probl. Atom. Sci. Tech.", 2014, 6(20), p. 204-207.
• [18] Ovcharenko V.D., Kuprin A.S., Tolmachova G.N., Kolodiy I.V., Gilewicz A., Lupicka O., Rochowicz J., Warcholiński B.: Deposition of chromium nitride coatings using vacuum arc plasma in increased negative substrate bias voltage. „Vacuum", 2015, 117, p. 27-34.
• [19] Archard J.F.: Contact and rubbing of flat surfaces. „J. Appl. Phys.", 1953, 24(8), p. 981-988.
• [20] Warcholiński B., Gilewicz A., Ratajski J., Kukliński Z., Rochowicz J.: Ań analysis of macroparticle-related defects on CrCN and CrN coatings in dependence of the substrate bias voltage. "Vacuum", 2012, 86, p. 1235-1239.
• [21] Bertrand G., Savall C., Meunier C.: Properties of reactively RF magnetron-sputtered chromium nitride coatings. „Surf. Coat. Technol.", 1997, 96, p. 323-329.
• [22] Seok J.W., Jadeed N.M., Lin R.Y.: Sputter deposited nanocrystalline Cr and CrN coatings on steels, „Surf. Coat. Technol.", 2001, 138, p. 14-22.
• [23] Almer J., Odeń M., Hakansson G.: Microstructure, stress and mechanical properties of arc-evaporated Cr-C-N coatings. „Thin Solid Films", 2001, 385, p. 190-197.
• [24] Ćekada M., Panjan P., Macek M., Śmid P.: Comparison of structural and chemical properties of Cr-based hard coatings. „Surf. Coat. Technol.", 2002, 151-152, p. 31-35.
• [25] Ćekada M., Macek M., Merl D.K., Panjan P.: Properties of Cr(C,N) hard coatings deposited in Ar-C2H2-N2 plasma. „Thin Solid Films", 2003, 433, p. 174-179.
• [26] Odeń M., Ericsson C., Hakansson G., Ljungcrantz H.: Microstructure and mechanical behavior of arc-evaporated CrN coatings. „Surf. Coat. Technol.", 1999, 114, p. 39-51.
• [27] Barret C.S., Massalski T.B.: Structure of Metals. Pergamon Press, Oxford 1980.
• [28] Leyland A., Matthews A.: On the significance of the H/E ratio in wear control: nanocomposite coating approach to optimised tribological behaviour. „Wear", 2000, 246, p. 1-11.
• [29] Musil J., Jirout M.: Toughness of hard nanostructured ceramic thin films. „Surf. Coat. Technol.", 2007, 201, p. 5148-5152.
• [30] Yao S.H., Su Y.L.: The tribological potential of CrN and Cr(CN) deposited by multi-arc PVD process. „Wear", 1997,212, p. 85-94.
• [31] Lee S.C., Ho W.Y., Lai F.D.: Effect of substrate surface roughness on the characteristics of CrN hard films. „Mater. Chem. Phys.", 1996, 43, p. 266-273.
• [32] Warcholiński B., Gilewicz A., Kukliński Z., Myśliński P.: Arc-evaporated CrN and CrCN coatings. „Vacuum", 2009, 83, p. 715-718.
• [33] Warcholiński B., Gilewicz A.: Effect of substrate bias voltage on the properties of CrCN and CrN coatings deposited by cathodic arc evaporation. „Vacuum", 2013, 90, p. 145-150.
• [34] Diesselberg M., Stock H.R., Mayr P.: Friction and wear behaviour of PVD chromium nitride supported carbon coatings. „Surf. Coat. Technol.", 2004, 188-189, p. 612-616.