Właściwości wybranych powłok wielowarstwowych azotków Ti, Al, Mo

• Autorzy: Gilewicz A. , Warcholiński B.

Warianty tytułu

EN

The properties of some multilayer coatings of Ti, Al, Mo nitrides

• Konferencja: Seminarium Instytutu Mechaniki Precyzyjnej „Obróbka cieplna i cieplno-chemiczna materiałów konstrukcyjnych i narzędziowych „ (16.10.2013, Kraków, Polska)
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono wybrane właściwości mechaniczne powłok wielowarstwowych, otrzymanych metodą katodowego odparowania łukowego, z których jedną z warstw stanowił azotek chromu CrN, a drugą TiAlN, CrCN lub Mo2N. Badano przyczepność do podłoży stalowych metodą rysy i metodą Rockwella. Określono wskaźnik zużycia w skojarzeniu z przeciwpróbką alundową. Rezultaty badań wskazują, że wszystkie powłoki charakteryzują się dobrą adhezją z siłą krytyczną Lc2, wyższą niż 60 N oraz twardością powyżej 20 GPa. Powłoka Mo2N/CrN mimo stosunkowo niskiej siły krytycznej w porównaniu z pozostałymi badanymi powłokami charakteryzuje się najlepszymi właściwościami przeciwzużyciowymi, co jest prawdopodobnie spowodowane transformacją Mo2N → MoO3.

EN

The paper presents the selected mechanical properties of multilayer coatings obtained by cathodic arc evaporation, one of which was a layer of chromium nitride CrN, and the second TiAlN, CrCN and Mo2N. The adhesion to steel substrates using scratch test and Rockwell test was investigated. The wear rate of the coatings in combination with the alundum counterbody is presented. The results indicate that all coatings show good adhesion with the critical load Lc2, greater than 60 N and hardness above 20 GPa. The Mo2N/CrN coating despite the relatively low critical load compared with the other tested coatings have the best wear resistant properties, which is probably due to Mo2N → MoO3 the transformation.

Słowa kluczowe

PL

PVD; TiAlN; CrN; Mo2N; powłoki wielowarstwowe; tarcie; zużycie

EN

PVD; TiAlN; CrN; Mo2N; multilayer coatings; friction; wear

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Mechaniki Precyzyjnej
• Czasopismo: Inżynieria Powierzchni
• Rocznik: 2013
• Tom: nr 3
• Strony: 28--37
• Opis fizyczny: Bibliogr. 49 poz., tab., rys., wykr.

Twórcy

autor

Gilewicz A.

• Politechnika Koszalińska, Instytut Technologii i Edukacji

autor

Warcholiński B.

• Politechnika Koszalińska, Instytut Technologii i Edukacji

Bibliografia

• [1] Burakowski T., Wierzchoń T.: Inżynieria powierzchni metali - podstawy, urządzenia, technologie. WNT, Warszawa 1995.
• [2] Wysiecki M.: Nowoczesne materiały narzędziowe stosowane w obróbce skrawaniem. WNT, Warszawa 1997.
• [3] Yao S. H., Su Y. L.: The tribological potential of CrN and Cr(C,N) deposited by multi-arc PVD process. „Wear", 212, 1997, s. 85-94.
• [4] Seok J. W., Jadeed N. M., Lin R. Y.: Sputter deposited nanocrystalline Cr and CrN coatings on steels. „Surf. Coat. Technol.", 138, 2001, s. 14-22.
• [5] Polcar T., Cvček L., Široky P., Novak R.: Tribological characteristics of Cr(CN) coatings at elevated temperature. „Vacuum", 80, 2005, s. 113-116.
• [6] Diesselberg M., Stock H. R., Mayr P.: Friction and wear behaviour of PVD chromium nitride supported carbon coatings. „Surf. Coat. Technol.", 188-189, 2004,3.612-616.
• [7] Ćekada M., Panjan P., Macek M., Śmid P.: Comparison of structural and chemical properties of Cr-based hard coatings. „Surf. Coat. Technol.", 151-152, 2002, s. 31-35.
• [8] Warcholiński B., Gilewicz A., Kukliński Z., Myśliński P.: Arc-evaporated CrN and CrCN coatings. „Vacuum", 83, 2009, s. 715-718.
• [9] Nouveau C., Jorand E., Deces-Petit C., Labidi C., Djouadi A.A.: Influence of carbide substrates on tribological properties of chromium nitride coatings: application to wood machining. „Wear", 258, 2005, s. 157-165.
• [10] Faga M.G., Settineri L.: lnnovative anti-wear coatings on cutting tools for wood machining. „Surf. Coat. Technol.", 201, 2006, s. 3002-3007.
• [11] Djouadi A.A., Novueau C., Beer P., Lambertin M.: CrxNy hard coatings deposited with PVD method on tools for wood machining. „Surf. Coat. Technol.", 133-134,2000, s.478-483.
• [12] Nouveau C., Djouadi M.A., Deces-Petit C.: The influence of deposition parameters on the wear resistance of CrxNy magnetron sputtering coatings in routing of oriented strand board. „Surf. Coat. Technol.", 174-175,2003,8.455-460.
• [13] Nouveau C., Labidi C., Ferreira Martin J.P., Collet [28] R., Djouadi M.A.: Application of CrAIN coatings on carbide substrates in routing of MDF. „Wear", 263, 2007, s. 1291-1299.
• [14] Nouveau C., Labidi C., Collet R., Benlatreche Y., Djouadi M.A.: Effect of surface finishing such as sand-blasting and CrAIN hard coatings on the cut¬ting edge's pelling tools' wear resistance. „Wear", 267, 2009, s. 1062-1067.
• [15] Benlatreche Y., Nouveau C., Marchal R., Ferreira Martin J.P., Aknouche H.: Applications of CrAIN terrary system in wood machining of medium density fibreboard (MDF), „Wear", 267, 2009, s. 1056-1061.
• [16] Benlatreche Y., Nouveau C., Aknouche H., Imhoff L., Martin N., Gavoille J., Rousselot C., Rauch J.Y., Pilloud D.: Physical and Mechanical Properties of CrAIN and CrSiN Ternary Systems for Wood Machining Applications. „Plasma Process. Polym", 6, 2009, s.113-119.
• [17] Brizuela M., Garcia-Luis A., Braceras l., Oñate J.l., Sanchez-López J.C., Martinez-Martinez D., López-Cartes C., Fernandez A.: Magnetron sputtering of Cr(AI)N coatings: Mechanical and tribological study. „Surf. Coat. Technol"., 200, 2005, s. 192-197.
• [18] Batista J.C.A., Godoy C., Buono V.T.L., Matthews A.: Characterisation of duplex (Ti,AI)N and Cr-N PVD coatings. „Mater. Science Eng.", A336, 2002, s. 39-51.
• [19] PalDey S., Deevi S.C.: Single layer and multilayer wear resistant coatings of (Ti,AI)N: a review. „Mater. [35] Science Eng.", A342, 2003, s. 58-79.
• [20] Luo Q., Rainforth W.M., Donohue L.A., Wadsworth l., Munz W.D.: Tribological investigation of TiAlCrN and TiAlN/CrN coatings grown by combined steered-arc/unbalanced magnetron deposition. „Vacuum", 53, 1999,5. 123-126.
• [21] Chang Y.Y., Yang S.J., Wang D.Y.: Structural and mechanical properties of TiAlN/CrN coatings synthesized by a cathodic-arc deposition process. „Surf. Coat. Technol.", 201, 2006, s. 4209-4214.
• [22] Chang Y.Y., Wang D.Y., Hung C.Y.: Structural and mechanical properties of nanolayered TiAlN/CrN coatings synthesized by a cathodic arc deposition process. „Surf. Coat. Technol.", 200, 2005, s. 1702-1708.
• [23] Harris S.G., Doyle E.D., Vlasveld A.C., Audy J., Long J.M., Ouick D.: Influence of chromium content on the dry machining performance of cathodic arc evapo-rated TiAlN coatings. „Wear", 254, 2003, s. 185-194.
• [24] Santana A.E., Karimi A., Derflinger V.H., Schutze A.: Microstructure and mechanical behavior of TiAlCrN multilayer thin films. „Surf. Coat. Technol.", 177-178, 2004, s.334-340.
• [25] Barshilia H.C., Prakash M.S., Jain A., Rajam K.S.: Structure, hardness and thermal stability of TiAlN and nanolayered TiAlN/CrN multilayer films. „Vacu-um", 77, 2005, s. 169-179.
• [26] Kazmanli M.K., Urgen M., Cakir A.F.: Effect of nitrogen pressure, bias voltage and substrate temperature on the phase structure of Mo-N coatings produced by cathodic arc PVD. „Surf. Coat. Technol.", 167,2003,s. 77-82.
• [27] Ürgen M., Eryilmaz O.L, Cakir A.F., Kayali E.S., Niliifer B., Isik Y.: Characterization of molybdenum nitride coatings produced by arc-PVD technipue, „Surf. Coat. Technol.", 94-95, 1997, s. 501-506. Sarioglu C., Demirler U., Kazmanli M.K., Urgen M.: Measurement of residual stresses by X-ray diffraction techniques in MoN and MO2N coatings deposit¬ed by arc PVD on high-speed steel substrate. „Surf. Coat. Technol.", 190, 2005, s. 238-243.
• [28] Hogmark S., Jacobson S., Larsson M.: Design and evaluation of tribological coatings. „Wear", 246, 2000, s. 20-33.
• [29] Gulbiński W.: Warstwy do pracy w warunkach suchego tarcia w podwyższonej temperaturze. Wydawnictwo Uczelniane Politechniki Koszalińskiej, Koszalin 2006.
• [30] M. Stueber, H. Holleck, H. Leiste, K. Seemann, S. Ulrich, C. Ziebert: Concepts for the design of advanced nanoscale PVD multilayer protective thin films, „J. Alloys Compd.", 483, 2009, s. 321-33.
• [31] Holleck H, Schier V.: Multilayer PVD coatings for wear protection. „Surface and Coatings Technol.", 1995,76-77:328-36.
• [32] Rebholtz C., Ziegele H., Leyland A., Matthews A.: Structure, mechanical and tribological properties of nitrogen-containing chromium coatings prepared by re-active magnetron sputtering. „Surf. Coat. Technol.", 115, 1999,5.222-229.
• [33] Fox-Robinovich G.S., Kovalev A.I., Afanasyev S.N.: Characteristic features of wear in tools made of high-speed steels with surface engineered coatings l. Wear characteristics of surface engineered high-speed steel cutting tools. „Wear", 201, 1996, s. 38-44.
• [34] Luo Q., Rainforth W.M., Munz W.D.: TEM observations of wear mechanisms of TiAlCrN and TiAlN/CrN coatings grown by combined steered-arc / unbalanced magnetron deposition. „Wear", 225-229, 1999, s. 74-82.
• [36] Chang C.L, Jao J.Y., Ho W.Y., Wang D.Y.: Influence of bi-layer period thickness on the residual stress, mechanical and tribological properties of nanolayered TiAlN/CrN multi-layer coatings. „Vacu-um", 81,2007, s. 604-609. [45]
• [37] Warcholinski B., Gilewicz A., Myslinski P.: Tribological properties of TiAlCrN thin films. „Rev. Adv. Mater. Sci.", 22, 2009, s. 81-88.
• [38] Warcholinski B., Gilewicz A.: Mechanical properties of multilayer TiAlN/CrN coatings deposited by cathodic arc evaporation. „Surf. Eng.", 27, 2011, s. 491-497.
• [39] Koshy R.A.: Thermally activated self-lubricating nano-layer coating for cutting tool applications. Rozprawa [47] doktorska, Northwestern University, Evanston, Illinois, 2008.
• [40] Yerein Deutscher Ingenieure, Richtlinie 3198, Duesseldorf, Germany1992.
• [41] Romero J., Gómez M.A., Esteve J., Montala F., Carreras L., Grifol M., Lousa A.: CrAIN coatings deposited by cathodic arc evaporation at different substrate bias. „Thin Solid Films", 515, 2006, s. 113-117.
• [42] Stoney G. G.: Tension of metallic films deposited by electrolysis. „Proc. R. Soc. Lond.", A82, 1909, s. 172-175.
• [43] Archard J. F.: Contact and rubbing of flat surfaces. „J. Appl. Phys." 24,8, 1953, s. 981-988.
• [44] Ohnuma H., Nihira N., Mitsuo A., Toyoda K., Kubota K., Aizawa T.: Effect of aluminium concentration on friction and wear properties of titanium aluminium nitride films, „Surf. Coat. Technol.", 177-178, 2004, s. 623-626.
• [45] Gilewicz A., Warcholinski B., Murzyński D.: Właściwości azotku molibdenu otrzymanego metodą katodowego odparowania łukowego. „Inżynieria Materiałowa", 5, 2012, s. 477-480.
• [46] Kot M., Rakowski W. A., Major Ł., Major R., Morgiel J.: Effect of bilayer period on properties of Cr/CrN multilayer coatings produced by laser ablation. „Surf. Coat. Technol.", 202, 2008, s. 3501-3506.
• [47] Leyland A., Matthews A.: On the significance of the H/E ratio in wear control: a nanocomposite coating approach to optimised tribological behaviour. „Wear", 246,2000, 1-11.
• [48] Suszko T., Gulbiński W., Jagielski J.: The role of surface oxidation in friction processes on molybdenum nitride thin films. „Surf. Coat. Technol.", 194, 2005,8.319-324.
• [49] Solak N., Ustel F., Urgen M., Aydin S., Cakir A.F.: Oxidation behavior of molybdenum nitride coatings. „Surf. Coat. Technol.", 174-175, 2003, s. 713-719.