The Procedure of Selecting the Values of the Work Condition parameters of the Ball-Cratering Method for the Assessment of Resistance to Abrasive Wear

• Autorzy: Osuch-Słomka Edyta , Słomka Zbigniew

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0016.1609

Warianty tytułu

PL

Procedura doboru wartości parametrów pracy metody ball-cratering do oceny odporności na zużycie ścierne

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In the example of the CrN coating deposited by the cathodic arc evaporation (CAE) method on two differently prepared substrates, the procedure for selecting the values of the work condition parameters of the ballcratering method was presented. The procedure was developed thanks to applying an individual experiment design from Taguchi's approach and has not been used to determine the values of the parameters of the operating conditions of the test friction node for tribological tests. The procedure, according to Taguchi, allowed us to determine the values of the parameters for assessing the abrasion resistance of anti-wear coatings, with the use of a much smaller number of tests, compared to the methods used so far and a repetitive wear mechanism. The starting point of the presented procedure was selecting the area of the permissible values of the operating parameters, in the ball-cratering method, in which optimal values were searched for to minimise the relative error in determining the diameters of wear marks craters. After determining the area of limit values, an experiment plan was generated in which the variables were: load, rotational speed, minimum friction path, and maximum friction path. The results of abrasive wear tests performed with the ball-cratering method, in accordance with the developed test procedure for the CrN coating – were deposited on the substrate after heat treatment and the substrate after the nitriding process had been successfully verified.

PL

Na przykładzie powłoki CrN, osadzonej metodą katodowego odparowania łukiem (CAE) na dwóch różnie przygotowanych podłożach, przedstawiono procedurę doboru wartości parametrów pracy metody ball-cratering. Procedurę opracowano dzięki zastosowaniu indywidualnego planu eksperymentu wynikającego z podejścia Taguchiego dotychczas niestosowanego do wyznaczania wartości parametrów warunków pracy testowego węzła tarcia do badań tribologicznych. Sposób postępowania według Taguchiego pozwolił na wyznaczanie wartości parametrów oceny odporności na zużycie ścierne powłok przeciwzużyciowych, przy zastosowaniu zdecydowanie mniejszej liczby prób w stosunku do dotychczas stosowanych metod oraz powtarzalnym mechanizmie zużywania. Punktem wyjścia zaprezentowanej procedury był wybór obszaru dopuszczalnych wartości parametrów pracy, w metodzie ball-cratering, w której poszukiwano wartości optymalnych ze względu na minimalizację błędu względnego wyznaczania średnic kraterów śladów zużycia. Po ustaleniu obszaru wartości wielkości dopuszczalnych wygenerowano plan eksperymentu, w którym zmiennymi były: obciążenie, prędkość obrotowa, minimalna droga tarcia i maksymalna droga tarcia. Wyniki badań zużycia ściernego wykonanych metodą ball-cratering, zgodnie z opracowaną procedurą badawczą dla powłoki CrN – osadzonej na podłożu po obróbce cieplnej oraz na podłożu po procesie azotowania, zostały pomyślnie zweryfikowane.

Słowa kluczowe

EN

abrasive wear; ball-cratering method; research procedure; PVD coating

PL

zużycie ścierne; metoda ball-cratering; procedura badawcza; powłoka PVD

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2022
• Tom: nr 4
• Strony: 51--60
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., tab., wykr., wz.

Twórcy

autor

Osuch-Słomka Edyta

• Łukasiewicz – Institute for Sustainable Technologies, Radom, K. Pułaski 6/10 Street, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-2302-2646

autor

Słomka Zbigniew

• Łukasiewicz – Institute for Sustainable Technologies, Radom, K. Pułaski 6/10 Street, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-2203-8598

Bibliografia

• 1. Czapczyk, K. Tribological properties of Ni-P/Si3N4 nanocomposite layers deposited by chemical reduction method on aluminum alloy AW-7075. Materials 2020, 13, 5797.
• 2. Kupczyk, M. J. Surface engineering: cutting tools. Poznań 2015.
• 3. Mazurek, A.; Cieslak, G.; Bartoszek, W.; Trzaska, M. Abrasion resistance of Ni-B/Si3N4 composite layers produced by electroless method. Arch. Mater. Sci. Eng. 2017, 87, 21–26.
• 4. Czapczyk, K., et al.: Microstructure and properties of electroless Ni-P/Si3N4 nanocomposite coatings deposited on the AW-7075 aluminum alloy. Materials 2021, 14, 4487.
• 5. Wei, Li; Ping, Liu; Jia, Meng; Ke, Zhang; et al.: Microstructure and mechanical property of TiSiN nanocomposite film with inserted CrAlN nanomultilayers. Surface & Coatings Technology. vol. 286(2016), p. 313-318.
• 6. Gee, M.G; Gant, A.J; Hutchings, I.M; Kusano, Y.; Plint G., et al.: Results from an interlaboratory exercise to validate the micro-scale abrasion test. Wear. 2005;259:27-35.
• 7. Batista, J.A.; Matthews, A.; Godoy, C. Micro-abrasive wear of PVD duplex and single-layered coatings. Surface and Coatings Technology. 2001;142-144:1137-1143.
• 8. Batista, J.A.; Godoy, C; Matthews, A. Micro-scale abrasive wear testing of duplex and non-duplex(single-layered) PVD (Ti,Al)N, TiN and Cr-N coatings. Tribology International. 2002;35:363-372.
• 9. Stachowiak, G.B; Stachowiak, G.W. Tribological characteristics of WC-based claddings using a ballcrateringmethod. Int. Journal of Refractory Metals & Hard Materials. 2010;28:95-105.
• 10. Yu, D.; Wang, Ch.; Cheng, X.;.Hang, F. Optimization of hybrid PVD process of TiAlN coatings by Taguchi method. Applied Surface Science. 2008;255:1865-1869.
• 11. Luridiana, S.; Mutti, S. Tribological properties of a CrN coating containing carbon nanoparticles. Surface and Coating Technology. 2005;200:704-707.
• 12. Chou, W.J; Sun, Ch.H.; Yu, G-P; Huang, J.H. Optimization of the deposition process of ZrN and TiN thin films on Si(1 0 0) using design of experiment method. Materials Chemistry and Physics.2003;82:228-236.
• 13. Ali, N.; Neto, V.F; Mei Sen; Cabral, G.; Kousar, Y.; Titus, E.; Ogwu, A.A.; Misra, D.S; Gracio, J. Optimization of the new time-modulated CVD process using the Taguchi method. Thin Solid Films.2004;469-470:154-160.
• 14. Chung-Chen, T.; Hong, H. Comparison of the tool life of tungsten carbides coated by multi-layer TiCN and TiAlCN for end mills using the Taguchi method. Journal of Materials Processing Technology.2002;123:1-4.
• 15. Sahoo, P.; Pal, S.K. Tribological performance optimization of electroless Ni-P coating using the Taguchi method and grey relational analysis. Tribology Letters. 2007;28:191-201.
• 16. Dowey, S.J.; Matthews, A. Taguchi and TQM: Quality issues for surface engineered applications. Surface and Coatings Technology. 1998;110:86-93.
• 17. StatSoft (2006). Electronic Manual of Statistics PL, Cracow, WEB: http://www.statsoft.pl/textbook/stathome.html.
• 18. Anova – Manova [Internet]. Available from: http://www.statsoft.com/textbook/anova-manova/?button=1.
• 19. PN-EN ISO 26424:2016-05 Advanced technical ceramics – Methods of test for ceramic coatings – Part 6: Determination of the abrasion resistance of coatings by a micro-abrasion wear test).
• 20. Osuch-Słomka, E. The method of selection of the parameters for testing abrasion resistance of hard anti-wear coatings, PhD dissertation, Cracow University of Technology, 2019.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).