Odporność na zużycie i korozję powłok wielowarstwowych CrCN/CrN wytworzonych na azotowanej stali 42CrMo4 metodą katodowego odparowania łukowego

• Autorzy: Gilewicz A. , Murzyński D. , Dobruchowska E. , Olik R. , Ratajski J. , Warcholiński B.

Identyfikatory

DOI

10.15199/28.2015.5.18

Warianty tytułu

EN

Corrosion resistance of CrCN/CrN coatings deposited on modified steel 42CrMo4 substrates using cathodic arc evaporation

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Azotki metali przejściowych formowane metodami PVD charakteryzują się właściwościami będącymi przedmiotem wielu zastosowań. Powłoki z azotku chromu wykazują dobrą odporność na utlenianie, zużycie i korozję. Można ją poprawić przez formowanie struktury wielowarstwowej, w której przerywana jest mikrostruktura kolumnowa (typowa dla powłok jednowarstwowych PVD), co znacznie zmniejsza potencjalne źródło korozji zachodzącej wzdłuż kolumn. Dodatkowo wprowadzenie węgla do azotku chromu powoduje rozdrobnienie mikrostruktury, odpowiadające zarówno za poprawę właściwości mechanicznych powłoki, jak i zwiększenie odporności na korozję. Celem pracy było wytworzenie powłoki wielowarstwowej CrCN/CrN metodą katodowego odparowania łukowego na azotowanych podłożach ze stali 42CrMo4, charakteryzujących się różnym składem azotków żelaza w ich strefie przypowierzchniowej oraz ocena odporności na zużycie i korozję w 3% roztworze NaCl. Stwierdzono, że ograniczenie wydzieleń azotkowych ε (Fe2-3N) i γ′ (Fe4N) na zewnętrznej powierzchni podłoża ma decydujące znaczenie dla przyczepności powłok CrCN/CrN oraz odporności na korozję. Podłoża azotowane w potencjale azotowym KN = 1,1 nie wykazywały w badaniach rentgenowskich faz ε i γ′. Skutkowało to mniejszym wskaźnikiem zużycia powłoki, większą przyczepnością powłoki do podłoża, a także wyższym potencjałem korozyjnym i mniejszą gęstością prądu korozyjnego w porównaniu z powłoką naniesioną na podłoże nieazotowane lub azotowane w wyższym potencjale azotowym.

EN

Transition metal nitrides formed by PVD methods are characterized by properties which are subject to many applications. Chromium nitride coatings show good resistance to oxidation, wear and corrosion. It can be improved through the formation of a multilayer structure, wherein the columnar microstructure (typical for monolayer coating PVD) is interrupted, which significantly reduces a potential source of corrosion occurring along the columns. In addition, the introduction of carbon to chromium nitride causes refinement of microstructure, corresponding to both the improvement of the mechanical properties of the coating and increased resistance to corrosion. The aim of the work was to produce CrCN/CrN multilayer coating by cathodic arc evaporation on a not nitrided and nitrided 42CrMo4 steel substrates. The nitriding was characterized by varying the composition of iron nitrides in the surface zone. The samples were tested for adhesion, resistance wear and corrosion resistance in 3% NaCl solution. It has been found that the reduction of nitride precipitates of ε (Fe2-3N) and γ′ (Fe4N) on the outer surface of the substrate is critical for the adhesion of CrCN/CrN coatings and corrosion resistance. Substrates nitrided in nitrogen potential KN = 1.1 did not show in X-ray studies ε and γ′ phases. This resulted in a lower wear rate of the coating, a higher adhesion of the coating to the substrate, higher corrosion potential and lower corrosion current density compared to the coating deposited on not nitrided or nitrided in higher nitrogen potential.

Słowa kluczowe

PL

powłoki wielowarstwowe; PVD; adhezja; odporność na korozję

EN

multilayer coatings; PVD; adhesion; corrosion resistance

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 36, nr 5
• Strony: 286--290
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Gilewicz A.

• Wydział Technologii i Edukacji, Politechnika Koszalińska

autor

Murzyński D.

• Wydział Technologii i Edukacji, Politechnika Koszalińska

autor

Dobruchowska E.

• Wydział Technologii i Edukacji, Politechnika Koszalińska

autor

Olik R.

• Wydział Technologii i Edukacji, Politechnika Koszalińska

autor

Ratajski J.

• Wydział Technologii i Edukacji, Politechnika Koszalińska

autor

Warcholiński B.

• Wydział Technologii i Edukacji, Politechnika Koszalińska

Bibliografia

• [1] Mason R., Neidbalson M., Klingenberg M., Khabra P., Handsy C.: Update on alternatives for cadmium coatings on military electrical connectors. Metal Finishing 108 (2010) 12÷20.
• [2] Directive 2002/95/EC of the European Parliament and of the Council.
• [3] Patscheider J., Zehnder T., Diserens M.: Structure–performance relations in nanocomposite coatings. Surf. Coat. Technol. 146-147 (2001) 201÷208.
• [4] Stueber M., Holleck H., Leiste H., Seemann K., Ulrich S., Ziebert C.: Concepts for the design of advanced nanoscale PVD multilayer protective thin films. Journal of Alloys and Compounds 483 (2009) 321÷333.
• [5] Voevodin A. A., Zabinski J. S., Muratore C.: Recent advances in hard, tough, and low friction nanocomposite coatings. Tsinghua Science Technol. 10 (2005) 665÷679.
• [6] Holleck H., Schier V.: Multilayer PVD coatings for wear protection. Surf. Coat. Technol. 76-77 (1995) 328÷336.
• [7] Wierzchoń T., Ulbin-Pokorska I., Sikorski K.: Corrosion resistance of chromium nitride and oxynitride layers produced under glow discharge conditions. Surf. Coat. Technol. 130 (2000) 274÷279.
• [8] Ruden A., Restrepo-Parra E., Paladines A. U., Sequeda F.: Corrosion resistance of CrN thin films produced by dc magnetron sputtering. Appl. Sci. Surf. 270 (2013) 150÷156.
• [9] Kaciulis S., Mezzi A., Montesperelli G., Lamastra F., Rapone M., Casadei F., Valente T., Gusmano G.: Multi-technique study of corrosion resistant CrN/Cr/CrN and CrN:C coatings. Surf. Coat. Technol. 201 (2006) 313÷319.
• [10] Ratajski J., Tacikowski J., Somers M. A. J.: Development of the compound layer of iron (carbo) nitrides during nitriding of steel. Surface Engineering 3 (2003) 87.
• [11] Ratajski J., Olik R., Suszko T., Dobrodziej J., Michalski J: Design, Control and in Situ Visualization of Gas Nitriding Processes Sensors 10 (2010) 218-240.
• [12] Ratajski J.: Matematyczne modelowanie procesu azotowania gazowego. Wydawnictwo Politechniki Koszalińskiej, Koszalin (2011).
• [13] Michalski J., Wach P.: Controlled gas nitriding of 40HM and 38HMJ steel. Engineering & Automation Problems 1 (2012) 165÷169.
• [14] Burakowski T.: Rozważania o synergizmie w inżynierii powierzchniowej. Wydawnictwo Politechniki Radomskiej, Radom (2004).
• [15] Betiuk M., Burdyński K., Wach P., Michalski J., Kwiatkowski L.: Wytwarzanie warstw duplex metoda azotowania gazowego i PAPVD-Arc. Inżynieria Powierzchni 2 (2006) 63÷67.
• [16] Walkowicz J., Smolik J., Tacikowski J.: Optimization of nitrided case structure in composite layers created by duplex treatment on the basis of PVD coating adhesion measurement. Surf. Coat. Technol. 116-119 (1999) 370÷379.
• [17] Archard J. F.: Contact and rubbing of flat surfaces. J. Appl. Phys. 24 (8) (1953) 981÷988.
• [18] Wang H. W., Stack M. M, Lyon S. B., Hovsepian P., Münz W.-D.: The corrosion behaviour of macroparticle defects in arc bond-sputtered CrN/NbN superlattice coatings. Surf. Coat. Technol. 126 (2000) 279÷287.
• [19] Panjan P., Čekada M., Panjan M., Kek-Merl D.: Growth defects in PVD hard coatings. Vacuum 84 (2010) 209÷214.
• [20] Panjan P., Gselman P., Kek-Merl D., Čekada M., Panjan M., DražićG., Bončina T., Zupanič F.: Growth defect density in PVD hard coatings prepared by different deposition techniques. Surf. Coat. Technol. 237 (2013) 349÷356.
• [21] Song G. H., Yang X. P., Xiong G. L., Lou Z., Chen L. J.: The corrosive behavior of Cr/CrN multilayer coatings with different modulation periods. Vacuum 89 (2013) 136÷141.
• [22] Escobar C., Caicedo J. C., Aperado W., Delgado A., Prieto P.: Improve on corrosion resistant surface for AISI 4140 steel coated with VN and HfN single layer films. Int. J. Electrochem. Sci. 8 (2013) 7591÷7607.
• [23] Keawhan C., Wongpanya P., Witit-Anun N., Songsiriritthigul P.: Corrosion Behaviour of AISI 4140 steel surface coated by Physical Vapor Deposition. J. Met. Mater. Minerals 22 (2012) 69÷76.
• [24] Montesano L., Gelfi M., Pola A., Colombi P., La Vecchia G. M.: Corrosion resistance of CrN PVD coatings: Comparison among different deposition techniques. Metallurgia Italiana 2 (2013) 3÷11.