Mikrostruktura i właściwości tribologiczne nanokrystaliczno-amorficznej powłoki nc-WC/a-C na podłożu stopu Ti-6Al-4V

• Autorzy: Moskalewicz T. , Wendler B. , Kot M. , Czyrska-Filemonowicz A.

Warianty tytułu

EN

Microstructure and tribological properties of nc-WC/a-C coating on Ti-6Al-4V alloy

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W celu poprawy właściwości tribologicznych stopu Ti-6Al-4V wytworzono nanokrystaliczno-amorficzną powłokę nc-WC/a-C metodą rozpylania magnetronowego. Warstwę wierzchnią podłoża przed osadzeniem powłoki dodatkowo utwardzono atomami tlenu w plazmie wyładowania jarzeniowego. Twardość tej warstwy wzrosła od 3,4 do 10,6 GPa. Prowadzono charakterystykę mikrostruktury wytworzonej powłoki i podłoża po obróbce powierzchniowej metodami skaningowej i transmisyjnej mikroskopii elektronowej oraz rentgenowskiej analizy dyfrakcyjnej. Grubość powłoki nc-WC/a-C wynosi 1,8 μm, natomiast twardość ok. 14 GPa. Zbudowana jest z nanokrystalicznych węglików W2C, W3C i β-WC1 - x o średnicy 2÷5 nm osadzonych w amorficznej osnowie węgla. Pomiędzy powłoką i podłożem stwierdzono obecność warstwy przejściowej o grubości 160 nm. Wykazano, że zastosowana obróbka powierzchniowa wpływa na zmniejszenie współczynnika tarcia w styku suchym od 0,4÷0,5 (stop Ti-6Al-4V) do ok. 0,1 (po obróbce powierzchniowej) oraz na poprawę odporności na zużycie w warunkach tarcia.

EN

A nanocrystalline-amorphous nc-WC/a-C coating was deposited on the Ti-6Al-4V alloy by magnetron sputtering in order to increase its tribological properties. Before coating deposition, the alloy was additionally oxygen hardened in the presence of plasma glow discharge. This treatment essentially increases the microhardness of the alloy just below the surface (from 3.4 GPa to 10.6 GPa). A nano/microstructure of the substrate material and coating was examined by scanning and transmission electron microscopy complemented by X-ray diffractometry. The coating thickness was 1.8 μm. The results of nano/ microstructural analyses showed that the coating is composed of different nanocrystals of tungsten carbides W2C, W3C and β-WC1 - x (size in the range of 2÷5 nm) embedded in an amorphous matrix. The coating hardness was measured to be about 14 GPa. The nc-WC/a-C coating decreases the friction coefficient from 0.4÷0.5 for the uncoated alloy to about 0.1 for the coated one as well as essentially improves the alloy wear resistance.

Słowa kluczowe

PL

powłoka nc-WC/a-C; stop Ti6Al4V; TEM

EN

nc-WC/a-C coating; Ti-6Al-4V alloy; TEM

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 33, nr 4
• Strony: 232--235
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys.

Twórcy

autor

Moskalewicz T.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej

autor

Wendler B.

• Wydział Mechaniczny, Politechnika Łódzka

autor

Kot M.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki

autor

Czyrska-Filemonowicz A.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej

Bibliografia

• [1] Öchsner A., Ahmed W., Ali N. (red.): Nanocomposite coatings and nanocomposite materials. Materials Science Foundations, Trans Tech Publications Vol. 54-55 (2009).
• [2] Martínez-Martínez D., López-Cartes C., Fernández A., Sánchez-López J. C.: Influence of the microstructure on the mechanical and tribological behavior of TiC/a-C nanocomposite coating. Thin Solid Films 517 (2009) 1662÷1671.
• [3] Cavaleiro A., De Hosson J. T. (red.): Nanostructured coatings. Springer Science+Business Media, New York, USA (2006).
• [4] Zhang S., Hui Li Wang, Soon-Eng Ong, Deen Sun, Xuan Lam Bui: Hard yet tough nanocomposite coatings – present status and future trends. Plasma Processes and Polymers 4 (2007) 219÷228.
• [5] Włodarczyk K., Makówka M., Nolbrzak P., Wendler B.: Low friction and wear resistant nanocomposite nc-MeC/a-C and nc-MeC/a-C:H coatings. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 37 (2009) 354÷360.
• [6] Moskalewicz T., Wendler B., Czyrska-Filemonowicz A.: Microstructural characterisation of nanocomposite nc-MeC/a-C coatings on oxygen hardened Ti-6Al-4V alloy. Materials Characterisation 61 (2010) 959÷968.
• [7] Bell T., Dong H., Sun Y.: Realising the potential of duplex surface engineering. Tribology International 31 (1998) 127÷137.
• [8] Januszewicz B., Siniarski, D.: The glow discharge plasma influence on the oxide layer and diffusion zone formation during process of thermal oxidation of titanium and its alloys. Vacuum 81 (2006) 215÷220.
• [9] Moskalewicz T., Wendler B., Zimowski S., Dubiel B., Czyrska-Filemonowicz A.: Microstructure and properties of the nc-WC/a-C nanocomposite coatings magnetron sputtered on non-hardened and oxygen hardened Ti-6Al-4V alloy. Surface & Coatings Technology 205 (2010) 2668÷2677.
• [10] Stadelmann P.: JEMS Java Electron Microscopy Software (2004) http://cimewww.epfl.ch/
• [11] Oliver W. C., Pharr G. M.: An improved technique for determining hardness and elastic modulus using load and displacement sensing indentation experiments. Journal of Materials Research 7 (1992) 1564÷1583.
• [12] Thornton J. A.: The microstructure of sputter-deposited coatings. Journal of Vacuum Science & Technology A 4 (1986) 3059÷3065.