The dependence of the chemical composition of Al-Ti-Cr multi-component coatings on parameters of the arc-evaporation process

• Autorzy: Kacprzyńska-Gołacka J. , Słomka Z. , Osuch-Słomka E. , Rydzewski M. , Mazurkiewicz A. , Smolik J.

Warianty tytułu

PL

Zależność składu chemicznego powłok wieloskładnikowych Al-Ti-Cr od parametrów procesu odparowania źródła łukowego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

One of the most perspective directions of the development of surface engineering concerns hard multicomponent coatings prepared using PVD technologies. Reactive arc vacuum sputtering is the best known and most widely used technology for manufacturing multicomponent antiwear coatings. Using this method requires the application of suitably composed targets to obtain coatings with suitable compositions. One of the problems that occur during the design of multicomponent coatings is the selection of the chemical composition of the cathode of the arc source. In the case of the arc vacuum method, the chemical composition of the cathode does not coincide with the chemical composition of the obtained coating. It is connected with the „transfer coefficient.” It depends mainly on the intensity of the evaporation of the material from multicomponent targets, and it changes depending on the melting temperature of the element. The authors present the results of the analysis of the transmission rate of the chemical composition of cathodes composed based on elements with different melting points (Al, Ti, Cr). The article presents the influence of chemical composition of twoand three-component cathodes on the chemical composition of the obtained coating. The study was carried out with the EDS method using a scanning electron microscope with a chemical composition analyser.

PL

Jednym z najbardziej perspektywicznych kierunków rozwoju inżynierii powierzchni są powłoki wieloskładnikowe wytwarzane przy wykorzystaniu technologii plazmowych. Jedną z powszechnie stosowanych technik wytwarzania przeciwzużyciowych powłok wieloskładnikowych jest reaktywne odparowanie łukiem elektrycznym. Technika ta umożliwia wykorzystywanie targetów wieloskładnikowych, które pozwalają na otrzymywanie powłok o zróżnicowanym składzie chemicznym. Jednym z problemów występujących na etapie projektowania powłok wieloskładnikowych jest dobór składu chemicznego katody źródła łukowego. W przypadku metody łukowo-próżniowej skład chemiczny katod nie pokrywa się ze składem chemicznym otrzymanej powłoki. Związane jest to z intensywnością przenoszenia składu chemicznego katody. Zależy on głównie od intensywności parowania danego materiału z targetów wieloskładnikowych i zmienia się w zależności od wielu różnych czynników związanych zarówno z procesem technologicznym, konfiguracją technologiczną, jak również z parametrami katody oraz procesem jej wytwarzania. W pracy autorzy przedstawili wyniki analizy głównych czynników mających istotny wpływ na intensywność przenoszenia składu chemicznego z katody na skład chemiczny powłoki. Autorzy skupili się w pracy głównie na analizie czynników związanych z parametrami katody źródła łukowego. Zbadano intensywność przenoszenia się składu chemicznego katod dwu- oraz trzyskładnikowych na bazie aluminium tytanu oraz chromu na skład chemiczny otrzymanej powłoki wieloskładnikowej. Badanie zrealizowano metodą EDS przy wykorzystaniu mikroskopu elektronowego wyposażonego w analizator składu chemicznego.

Słowa kluczowe

EN

transmission coefficient; arc-evaporation method; PVD methods

PL

współczynnik przenoszenia składu chemicznego; metoda odparowania łukiem elektrycznym; metody PVD

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe Instytutu Technologii Eksploatacji - Państwowego Instytutu Badawczego
• Czasopismo: Journal of Machine Construction and Maintenance - Problemy Eksploatacji
• Rocznik: 2017
• Tom: no. 3
• Strony: 53--57
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kacprzyńska-Gołacka J.

• Institute for Sustainable Technologies - National Research Institute, Radom, Poland

autor

Słomka Z.

• Institute for Sustainable Technologies - National Research Institute, Radom, Poland

autor

Osuch-Słomka E.

• Institute for Sustainable Technologies - National Research Institute, Radom, Poland

autor

Rydzewski M.

• Institute for Sustainable Technologies - National Research Institute, Radom, Poland

autor

Mazurkiewicz A.

• Institute for Sustainable Technologies - National Research Institute, Radom, Poland

autor

Smolik J.

• Institute for Sustainable Technologies - National Research Institute, Radom, Poland

Bibliografia

• 1. Smolik J., Mazurkiewicz A., Kacprzyńska-Gołacka J., Rydzewski M., Szota M., Mizera J., Composite layers “MgAlintermetalic layer / PVD coating” obtained on the AZ91D magnesium alloy by different hybrid surface treatment methods, Archives of metallurgy and materials, 60 (2015) 10311035.
• 2. Smolik J., Gulde M., Walkowicz J., Suchanek J., Influence of the structure of the composite: ‘nitrided layer/PVD coating’ on the durability of forging dies made of steel DIN-1.2367, Surface and Coatings Technology,180-181(2004) 506511.
• 3. Garbacz H., Wieciński P., Ossowski M., Ortore M.G., Wierzchoń T., Kurzydłowski K.J., Surface engineering techniques used for improving the mechanical and tribological properties of the Ti6A14V alloy, Surface and Coatings Technology, 202, (2008), 24532457.
• 4. Kacprzyńska-Gołacka J., Rydzewska K., Mazurkiewicz A., Kusiński J., Smolik J., Garbacz H., Wieciński P., The influence of thickness of layers in the multilayer coating of the PN + AlCrTiNmultinano hybrid layer on tribological properties, Solid State Phenomena, 233 (2015) 127-136A.
• 5. Wieciński P., Smolik J., Garbacz H., Kurzydłowski K.J., Microstructure and mechanical properties of nanostructure multilayer CrN/Cr coatings on titanium alloy, Thin Solid Films, Volume 519, Issue 12, 1 April 2011, Pages 4069-4073.
• 6. Alberdi A., Marin M., Diaz B., Sancjez O., Escobar Galindo R., Wear resistance of titanum-aluminiumchromium-nitride nanocomposite thin film, Vacuum 81(2007)1453-1456.
• 7. Kacprzyńska-Gołacka J., Smolik J., Mazurkiewicz A., The comparison of antiwear and fatigue properties in higher temperature for PN+CrN and PN+AlCrTiN layer composities, Int. J. Microstructure and Materials Properties, 9(2014)15-24.
• 8. Yin-Yu Chang, Wen-Tung Chiu, Jui-Pin Hung, Mechanical properties and high temperature oxidation of CrAlSiN/TiVN hard coatings synthesized by cathodic arc evaporation, Surface and Coatings Technology, 2016, In Press, Accepted Manuscript.
• 9. Kacprzyńska-GołackaJ.,SmolikJ.,MazurkiewiczA., Bujak J., The influence of microstructure of nanomultilayer AlN CrN-TiN coatings on their tribological properties at elevated temperature, Solid State Phenomena, 237(2015) 27-33.
• 10. Tam P.L., Zhou Z.F., Shum P.W., Li K.Y., Structural, mechanical, and tribological studies of Cr-Ti-Al.-N coating with different chemical composition, Thin Solid Films 516 (2008) 5725-5731.
• 11. Jun Zhang, Composition control of alloy coating and composition design of cathode targets in Multi-Arc Ion Plating, Journal Material Science Technology, 3(2000) 350-359.
• 12. Miernik K., Walkowicz J., Bujak J., Design and performance of the microdroplet filtering system used in cathodic arc coating deposition, Plasmas & Ions (2000) 3, 41-51.
• 13. http://www.matweb.com
• 14. Thornton J.A., High rate thick film growth, Annual Review of Materials Science, 7(1977) 239-260.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).