Antiwear Properties of Medium-Carbon Steel With Cr/CrN Type Hybrid Coating Produced by the PVD Method

• Autorzy: Kasprzycka E.

Warianty tytułu

PL

Właściwości tribologiczne stali średniowęglowej z powłoką hybrydową typu Cr/CrN, wytworzoną metodą PVD

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the results of examinations of the structure, and mechanical and antiwear properties of hybrid coatings of the Cr/CrN type, consisting of chromium and chromium nitride, formed on the surface of the C45 medium-carbon steel by the Arc-PVD method. Investigations of the morphology and microstructure of hybrid coatings, as well as of their phase composition were carried out. The studies on mechanical properties included tests on hardness and Young’s modulus using the nanoindentation method. Tests on adhesion were conducted using the scratch-test. Tribological properties (linear wear) of the coatings were performed by means of taper-three rolls test. The investigations showed that the linear wear of the C45 steel samples with the Cr/CrN hybrid coatings is 7–9 times smaller than that of hardened steel samples without any coatings. This indicates the excellent tribological properties of the C45 medium-carbon steel with the Cr/CrN type hybrid coatings deposited by the Arc-PVD method.

PL

W pracy omówiono wyniki badań budowy, mechanicznych i przeciwzużyciowych właściwości powłok hybrydowych typu Cr/CrN, składających się z chromu i azotku chromu, wytworzonych na powierzchni stali średniowęglowej C45 metodą Arc-PVD. Przeprowadzono badania morfologii i mikrostruktury powłok hybrydowych, jak również ich składu fazowego. Badania właściwości mechanicznych obejmowały pomiary twardości i modułu Younga. Badania adhezji przeprowadzono za pomocą testu rysy. Właściwości tribologiczne (zużycie liniowe) powłok oceniano metodą trzy wałeczki-stożek. Badania wykazały, że zużycie liniowe próbek ze stali C45 z powłokami hybrydowymi jest 7–9 razy mniejsze niż próbek z tej stali bez powłoki hybrydowej. Świadczy to o doskonałych właściwościach tribologicznych stali średniowęglowej C45 z powłokami hybrydowymi typu Cr/CrN, osadzanymi metodą Arc-PVD.

Słowa kluczowe

EN

PVD treatment; hybrid coating; tribological properties

PL

obróbka PVD; powłoka hybrydowa; właściwości tribologiczne

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2018
• Tom: nr 6
• Strony: 63--69
• Opis fizyczny: Bibliogr. 29 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Kasprzycka E.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Mechanics and Petrochemistry, 17 Łukasiewicza Str., 09-400 Płock, Poland

Bibliografia

• 1. Burakowski T., Wierzchoń T.: Surface Engineering of Metals, Principles, Equipment, Technologies, CRC Press Boca Raton, London, New York, Washington D. C. 1999.
• 2. Burakowski T.: Reflections on synergizm in surface engineering, The Technical University of Radom Editors, Radom 2004.
• 3. Celis J. P., Drees D., Huq M. Z., Wu P. Q., De Bonte M.: Hybrid processes – a versalite technique to much processes requirements and coatings leeds, Surface and Coatings Technology 113, 1999, pp. 165–181.
• 4. Vetter J.: Vacuum arc coatings for tools: potential and application. Surface and Coatings Technology 739, 1996, pp. 86–87.
• 5. Wendler B. G.: Functional coatings by PVD or CVD methods, Institute for Sustainable Technologies – National Research Institute (ITeE – PIB) Editors, Radom 2011.
• 6. Mazurkiewicz A., Smolik J.: Zaawansowane technologie inżynierii powierzchni wspomagające procesy eksploatacji i wytwarzania, ITeE – PIB Editors, 2015, Radom.
• 7. Smolik J., Mazurkiewicz A.: The development of surface hybrid technologies as a result of practical industrial applications, Maintenance Problems 3, 2010, pp. 105–114.
• 8. Mazurkiewicz A., Smolik J.: The innovative direction of hybrid technologies development and implementations in surface engineering area, Archives of Metallurgy and Materials 57(3), 2012, pp. 657–664.
• 9. Smolik J.: Hybrid technologies in surface engineering, ITeE – PIB Editors, 2016, Radom.
• 10. Smolik J.: The role of hybrid layers consisting of nitrided layer/PVD coating in the process of enhancing the service life of forging dies, ITeE – PIB Editors, 2007, Radom.
• 11. Smolik J.: Hybrid surface treatment technology for increase of hot forging dies, Archives of Metallurgy and Materials 57(3), 2012, pp. 657–664.
• 12. Bell T., Dong H., Sun Y.: Realising the potential of duplex surface engineering, Tribology International 31 (1–3), 1998, pp. 127–137.
• 13. Miernik K., Spatial distribution of microdroplets generated in the cathode spots of vacuum arcs, Surface and Coatings Technology 125, 2000, pp. 161–166.
• 14. Martin P. J., Bendavid A.: Review of the filtered vacuum arc process and materials deposition, Thin Solid Films 394, 2001, pp. 1–10.
• 15. Byon E., Anders A.: Bias and Self-Bias of Magnetic Macroparticle Filters for Cathodic Arc Plasmas. Journal of Applied Physics 93, 2003, pp. 8890–8897.
• 16. Panjan P., Čekada M., Kirn R., Sokovič M.: Improvement of die casting tools with duplex treatment, Surface and Coatings Technology 180–181, 2004, pp. 561–568.
• 17. Kasprzycka E., Bogdański B., Pokorska I., Bielnik J., Koprowski M.: Chosen properties of hybrid layers produced on steels in vacuum chromizing process combined with PVD treatment, Materials Engineering 4, 2011, pp. 469–472.
• 18. Kasprzycka E., Koprowski M., Bielanik J., Bogdański B., Bauer I.: Tribological properties of hybrid layers of CrC+CrN type produced in combined vacuum chromizing process and PVD treatment, Tribology 5, 2011, pp. 81–88.
• 19. Kasprzycka E., Bogdański B., Senatorski J., Gębski P., Więczkowski A.: Właściwości tribologiczne warstw hybrydowych wytwarzanych w procesach chromowania dyfuzyjnego połączonych z obróbką PVD. Tribologia 2, 2014, pp. 79–88.
• 20. Su Y. L., Yao S. H., Wu C. T.: Comparison of characterizations and tribological performance of TiN and CrN deposited by cathodic arc plasma deposition process. Wear 199, 1996, pp. 132–141.
• 21. Shan L., Zhang Y-R., Wang Y-X., Li J-L., Jiang X., Chen J-M.: Corrosion and wear behaviors of PVD CrN and CrSiN coatings in seawater. Transactions of Nonferrous Metals Society of China 26, 2016, pp. 175–184.
• 22. Kacprzyńska-Gołacka J., Mazurkiewicz A., Smolik J.: Analysis of resistance to cracking of multicomponent coatings based on chromium nitride: Material Engineering 3, 2014, pp. 1–3.
• 23. Kacprzyńska-Gołacka J., Słomka Z., Czajka P., Czarnecki K., Bogdański B., Rydzewski M., Mazurkiewicz A., Smolik J.: An analysis of the wetting angle of liquid glass on multicomponent coatings obtained by means PVD methods. Maintenance Problems 4, 2016, pp. 31–41.
• 24. Bayon R., Nevshupa R., Zubizarreta C., Ruiz de Gopegui U., Barriga J., Igartua A.: Characterisation of tribocorrosion behaviour of multilayer PVD coatings. Analytical and Bioanalytical Chemistry 396, 2010, pp. 2855–2862. Bayon R., Igartua A., Fernandez X., Martinez R., Rodriguez R.J., Garcia J.A., de Frutos A., Arenas M.A., de Damborenea J.: Corrosion-wear behaviour of PVD Cr/CrN multilayer coatings for gear applications. Tribology International 42, 2009, pp. 591–599.
• 25. Song G-H., Yang X-P., Xiong G-L., Lou Z., Chen L-Jia.: The corrosive behavior of Cr/CrN multilayer coatings with different modulation periods. Vacuum 89, 2013, pp. 136–141.
• 26. Kacprzyńska-Gołacka J., Słomka Z., Czajka P., Czarnecki K., Bogdański B., Rydzewski M., Mazurkiewicz A., Smolik J.: An analysis of the tribological resistance of coatings dedicated to improving the durability of tools used in the glass forming process. Maintenance Problems 4, 2016, pp. 43–52.
• 27. Sekler J., Steinmann P. A., Hinterman H. E.: The scratch test different critical load determination techniques. Surface and Coatings Technology 36, 1988, pp. 519–529.
• 28. Senatorski J., Tacikowski J., Liliental W.: A new approach to wear testing of case-hardened steels. Tribo-test Journal 3, 1997, pp. 307–323.
• 29. PN-83/H-04302, Wear test by the three cylinder-cone system, Warsaw, 1983.

Uwagi

1. Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).

2. Pod poz. 24 bibliografii 2 opisy różnych publikacji.