Dylatometryczna metoda detekcji efektów termomechanicznych w powłokach gradientowych CrCN/CrN

• Autorzy: Myśliński P. , Szparaga Ł. , Gilewicz A. , Olik R. , Ratajski J.

Warianty tytułu

EN

Dilatometric method of detection of thermomechanical effects in CrCN/CrN gradient coatings

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy rozwinięte zostały zagadnienia dotyczące wykorzystania metod termodylatometrycznych do celów projektowania i diagnostyki wielowarstwowych gradientowych powłok przeciwzużyciowych. Obiektem prowadzonych badań były powłoki gradientowe CrCN/CrN osadzone na podłożu ze stali szybkotnącej SW7M techniką PVD – metodą katodowego odparowania łukowego. Zakres badań obejmował analizę wpływu pobudzeń termicznych w systemach podłoże/powłoka gradientowa, prowadzonych na podstawie utworzonych termogramów diagnostycznych. W szczególności określony został związek pomiędzy zmianami wartości wprowadzonego ekwiwalentnego współczynnika rozszerzalności cieplnej po zadanych cyklach pobudzeń termicznych dla badanego systemu podłoże/powłoka gradientowa a poszczególnymi etapami wyżarzania. Ponadto określono wartości przemieszczeń liniowych podłoża wraz z osadzoną powłoką, będących wynikiem zadanych cyklów pobudzeń termicznych. Przeprowadzone badania wskazują na silny związek pomiędzy typem warstwy przejściowej a stanami naprężeń wewnętrznych w badanych systemach oraz stanowią informację o stanie przylegania powłoki do podłoża. Opracowana technika badań stanowi efektywną metodę diagnostyczną umożliwiającą ocenę stabilności termicznej w systemach podłoże/powłoka.

EN

The theme of paper are the issues concerning the use of thermodilatometric methods for the design and diagnostics of gradient multilayer antiwear coatings. The object of research were gradient coatings CrCN/CrN deposited by PVD technique on a high-speed steel HSS using cathodic arc evaporation method. Range of investigation included analysis of the influence of thermal loads on substrate/gradient coating systems, carried out under the created diagnostic thermograms. In particular, the dependence of changes of system’s relative equivalent thermal expansion coefficient as a function of annealing stages using created thermogram (graph of temperature changes) was determinated. In addition, the relationship between changes in the value of system’s substrate elongation as a function of annealing stages was also obtained. Research has indicated a strong correlation between the type of the transition layer, and the states of internal stress in the studied systems, and provide information about the state of adhesion of the coating to the substrate. The developed method is an effective diagnostic method that allows assessment of the thermal stability of the substrate/coating system.

Słowa kluczowe

PL

analiza termomechaniczna; powłoki gradientowe; warstwa przejściowa; współczynnik rozszerzalności cieplnej

EN

modulated-temperature termomechanical analysis; gradient coatings; transition layer; thermal expansion coefficient

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 34, nr 6
• Strony: 773--776
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Myśliński P.

• Zakład Projektowania Materiałów i Procesów, Politechnika Koszalińska

autor

Szparaga Ł.

• Zakład Projektowania Materiałów i Procesów, Politechnika Koszalińska

autor

Gilewicz A.

• Zakład Projektowania Materiałów i Procesów, Politechnika Koszalińska

autor

Olik R.

• Zakład Projektowania Materiałów i Procesów, Politechnika Koszalińska

autor

Ratajski J.

• Zakład Projektowania Materiałów i Procesów, Politechnika Koszalińska

Bibliografia

• [1] Myśliński P., Kamasa P., Wąsik A.: Effects of TiN coating of iron detected by temperature modulated thermomagnetometry and dilatometry. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry 64 (2001) 1201÷1207.
• [2] Myśliński P., Kamasa P., Wąsik A.: Application of temperature modulated relative dilatometry to determine temperatures of adhesion degradation between ceramic films and substrates. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry 65 (2001) 553÷559.
• [3] Myśliński P., Precht W., Kukiełka L., Kamasa P., Pietruszka K., Małek P.: A possibility of application of MT DIL to the residual stresses analysis. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry 77 (2004) 253÷258.
• [4] Myśliński P., Kamasa P., Gilewicz A., Staśkiewicz J.: Detection of mechanical effects of adhesive thin films on substrate using the modulatedtemperature dilatometry (MT DIL). Journal of Thermal Anayslis Calorimetry 88 (2007) 737÷740.
• [5] Myśliński P.: Investigation of the thermal stability of the hard coatings by Modulated Temperature Dilatometry. Vacuum (2009) 757÷760.
• [6] Fitz C., Fukarek W., Koltisch A., Moller W.: An instrument for in situ stress measurement in thin films during growth. Surface and Coatings Technology 128-129 (2000) 474÷478.
• [7] Hultman L.: Thermal stability of nitride thin films. Vacuum 57 (2000) 1÷30.
• [8] Mitterer C., Mayrhofer P. H., Musil J.: Thermal stability of PVD hard coatings. Vacuum 71 (2003) 279÷284.
• [9] Hultman L., Engström C., Birch J., Johansson M. P., Oden M.: Review of the thermal and mechanical stability of TiN base thin films. Zeitschrift für Metallkunde 90 (1999) 803÷813.
• [10] Fitz C., Kolitsch A., Fukarek W.: Stress relaxation during annealing of boron nitride films. Thin Solid Films 389 (2001) 173÷179.
• [11] Bielawski M., Seo D.: Residual stress development in UMS TiN coatings. Surface & Coatings Technology 200 (2005) 1476÷1482.
• [12] Burakowski T.: Rozważania o synergizmie w inżynierii powierzchni. Wyd. Politechniki Radomskiej, Radom (2004).
• [13] Myśliński P., Gilewicz A., Kamasa P.: Badanie stabilności termicznej adhezyjnych powłok przeciwzużyciowych metodą termomechaniczną. Inżynieria Materiałowa 4/176 (2010) 1128÷1130.
• [14] Myśliński P.: Dylatometryczna metoda detekcji efektów termomechanicznych w systemach podłoże-powłoka PVD. Wydawnictwo Uczelniane Politechniki Koszalińskiej (2011).
• [15] Szparaga Ł., Ratajski J.: Modelowanie stanów naprężeń w powłokach TiAlN/TiN/Cr z warstwami przejściowymi. Inżynieria Materiałowa 6/190 (2012) 622÷625.
• [16] Xu Qianjun, Yu Shouwen, Kang Yilan: Residual stress analysis of functionally gradient materials. Mechanics Research Communications 26 (1) (1999) 55÷60.
• [17] Hong-Cai Zhang, Wei Tan, Yong-Dong Li: Effect of the transitional gradient of material property on the mechanical behaviour of a non-homogeneous interlayer. Computational Materials Science 42 (2008) 122÷129.
• [18] Szparaga Ł., Ratajski J.: Modelowanie ewolucji stanów naprężeń w wielowarstwowej powłoce CrN/Cr za pomocą MES. Inżynieria Materiałowa 4 (182) (2011) 760÷764.
• [19] Warcholiński B., Gilewicz A.: Powłoki przeciwzużyciowe CrN/CrCN na nożach strugarskich do obróbki drewna. Inżynieria Materiałowa 6 (2009) 516÷519.
• [20] Zeng X. T., Zhang S., Sun C. Q. Liu Y. C.: Nanometric-layred CrN-TiNthin films: mechanical strength and thermal stability. Thin Solid Film 424 (2003) 99÷102.