Structure And Properties Of PVD Coatings Deposited On Cermets

• Autorzy: Żukowska L. , Mikuła J. , Staszuk M. , Musztyfaga-Staszuk M.

Identyfikatory

DOI

10.1515/amm-2015-0198

Warianty tytułu

PL

Struktura i własności powłok PVD naniesionych na podłoże z cermetali

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The main aim of the research is the investigation of the structure and properties of single-layer and gradient coatings of the type (Ti,Al)N and Ti(C,N) deposited by physical vapour deposition technology (PVD) on the cermets substrate. The structural investigations include the metallographic analysis on the transmission and scanning electron microscope. Examinations of the chemical compositions of the deposited coatings were carried out using the X-ray energy dispersive spectrograph EDS, and using the X-ray diffractometer. The investigations include also analysis of the mechanical and functional properties of the materials: substrate hardness tests and microhardness tests of the deposited coatings, surface roughness tests, evaluation of the adhesion of the deposited coatings as well as cutting properties. The results of the investigations carried out confirm the advantages of PVD coatings deposited onto cermets substrate especially in case of (Ti,Al)N. Coatings deposited onto the investigated substrates are characterised by good adhesion, high microhardness, taking effect in very high increasing of wear resistance. Deposition of hard, thin, gradient coatings on materials surface by PVD method features one of the most intensely developed directions of improvement of the working properties of materials. Equally important is the development of tool materials with respect to the fabrication of thin coatings resistant to wear in PVD process. It is of considerable importance, since through the selection of appropriate components, we can obtain a tool material of better properties. This area of tool material development is a priority nowadays, since it is the main route leading to the acquisition of machining tools of suitable properties. The results of the investigation provide useful information on microstructure, adhesion characterized in a scratch test, wear resistant properties of the gradient and single-layer coatings deposited onto cermet.

PL

Celem artykułu było zbadanie struktury i właściwości jednowarstwowych i gradientowych powłok typu (Ti,Al)N oraz Ti(C,N) naniesionych metodą fizycznego osadzania z fazy gazowej (PVD) na podłożu z cermetali narzędziowych. Badania strukturalne obejmują transmisyjną i skaningową mikroskopię elektronową. Analizę składu chemicznego i fazowego badanych powłok wykonano metodą spektroskopii energii rozproszonego promieniowania rentgenowskiego (EDS) oraz metodą dyfrakcji rentgenowskiej za pomocą dyfraktometru rentgenowskiego. Badania obejmują również analizę właściwości mechanicznych i funkcjonalnych badanych materiałów: badanie twardości podłoża z cermetalu i testy mikrotwardości naniesionych powłok, badania chropowatości powierzchni, ocena przyczepności naniesionych powłok, jak również właściwości skrawne. Wyniki przeprowadzonych badań potwierdzają zalety powłok PVD osadzanych na podłożu z cermetalu, zwłaszcza w przypadku powłok typu (Ti,Al)N. Powłoki osadzone na badanych podłożach charakteryzują się dobrą przyczepnością, wykazują wysoką mikrotwardość, co wpływa na wzrost odporności ściernej. Istoty jest rozwój materiałów narzędziowych w zakresie wytwarzania cienkich powłok odpornych na zużycie w procesie PVD. Ma to duże znaczenie, ponieważ wykorzystując cechy odpowiednio dobranych składników można uzyskać materiał narzędziowy o lepszych własnościach. Ta dziedzina rozwoju materiałów narzędziowych stanowi w obecnych czasach priorytet, ponieważ jest główną drogą, wiodącą do uzyskania narzędzi skrawających o odpowiednich własnościach. Wyniki przeprowadzonych badań dostarczają przydatnych informacji na temat mikrostruktury oraz adhezji, odpornych na zużycie gradientowych i jednowarstwowych powłok naniesionych na podłoże z cermetalu.

Słowa kluczowe

EN

tool materials; gradient coatings; cermets; PVD

PL

materiały narzędziowe; powłoki gradientowe; cermetal; PVD

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 60, iss. 2A
• Strony: 727--733
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Żukowska L.

• Institute of Engineering Materials and Biomaterials, Silesian University of Technology, 18a Konarskiego Str., 44-100 Gliwice, Poland

autor

Mikuła J.

• Institute of Engineering Materials and Biomaterials, Silesian University of Technology, 18a Konarskiego Str., 44-100 Gliwice, Poland

autor

Staszuk M.

• Institute of Engineering Materials and Biomaterials, Silesian University of Technology, 18a Konarskiego Str., 44-100 Gliwice, Poland

autor

Musztyfaga-Staszuk M.

• Welding Department, Silesian University of Technology, 18a Konarskiego Str., 44-100 Gliwice, Poland

Bibliografia

• [1] L. Żukowska, Structure and properties of gradient PVD coatings deposited on the sintered tool materials, PhD thesis, Institute of Engineering Materials and Biomaterials, 2010.
• [2] G.E. D’Errico, R. Calzavarini, B. Vicenzi, Influences of PVD coatings on cermet tool life in continuous and interrupted turning, Journal of Materials Processing Technology 78, 53-58 (1998).
• [3] J. Gu, G. Barber, S. Tung, R.J. Gu, Tool life and wear mechanism of uncoated and coated milling inserts, Wear 225-229, 273-284 (1999).
• [4] Li Chen, S.Q. Wang, Yong Du, Jia Li, Microstructure and mechanical properties of gradient Ti(C,N) and TiN/Ti(C, N) multilayer PVD coatings, Materials Science and Engineering A 478, 336-339 (2008).
• [5] D. Batory, A. Stanishevsky, W. Kaczorowski, The effect of deposition parameters on the properties of gradient a-C:H/Ti layers, Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 37, 2, 381-386 (2009).
• [6] R. Manaila, A. Devenyi, D. Biro, L. David, P.B. Barna, A. Kovacs, Multilayer TiAlN coatings with composition gradient, Surface and Coatings Technology 151-152, 21-25 (2002).
• [7] G. Matula, Study on steel matrix composites with (Ti,Al)N gradient PVD coatings, Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 34, 1, 79-86 (2009).
• [8] S. PalDey, S.C. Deevi, Properties of single layer and gradient (Ti,Al)N coatings, Materials Science and Engineering A361, 1-8 (2003).
• [9] X. Qiao, Y. Hou, Y. Wu, J. Chen, Study on functionally gradient coatings of Ti-Al-N, Surface and Coatings Technology 131, 462-464 (2000).
• [10] M. Soković, J. Kopač, L.A. Dobrzański, J. Mikuła, K. Gołombek, D. Pakuła, Cutting characteristics of PVD and CVD-coated ceramic tool inserts, Tribology in industry 28, 1-2, 3-8 (2006).
• [11] L.A. Dobrzański, L.W. Żukowska, J. Mikuła, K. Gołombek, D. Pakuła, M. Pancielejko, Structure and mechanical properties of gradient PVD coatings, Journal of Materials Processing Technology 201, 310-314 (2008).
• [12] K. Lukaszkowicz, A. Czyzniewski, W. Kwasny, M. Pancielejko, Structure and mechanical properties of PVD coatings deposited onto the X40CrMoV5-1 hot work tool steel substrate, Vacuum 86, 1186-1194 (2012).
• [13] L.A. Dobrzański, D. Pakuła, J. Mikuła, K. Gołombek, Investigation of the structure and properties of coatings deposited on ceramic tool materials, International Journal of Surface Ccience and Engineering 1, 1, 111-124 (2007).
• [14] L.A. Dobrzański, K. Gołombek, J. Kopač, M. Soković, Effect of depositing the hard surface coatings on properties of the selected cemented carbides and tool cermets, Journal of Materials Processing Technology 157-158, 304-311 (2004).
• [15] M. Antonov, I. Hussainova, F. Sergejev, P. Kulu, A. Gregor, Assessment of gradient and nanogradient PVD coatings behaviour under erosive, abrasive and impact wear conditions, Wear 267, 898-906 (2009).
• [16] M. Staszuk, L.A. Dobrzański, T. Tański, W. Kwaśny, M. Musztyfaga-Staszuk, The effect of PVD and CVD coating structures on the durability of sintered cutting edges, Archives of Metallurgy and Materials 59(1), 269-274 (2014).
• [17] N. Radek, J. Konstanty, Cermet EDS coatings modified by laser treatment, Archives of Metallurgy and Materials 57(3), 665-670 (2012).

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.