Mikrostruktura i właściwości tribologiczne niskotarciowej powłoki MoS2(Ti, W) na utwardzonym tlenem podłożu stopu Ti-6Al-4V

• Autorzy: Moskalewicz T. , Wendler B. , Nolbrzak P. , Zimowski A. , Czyrska-Filemonowicz A.

Warianty tytułu

EN

Microstructure and tribological properties of low friction MoS2 (Ti, W) coating on oxygen hardened Ti-6Al-4V alloy

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Na podłożu utwardzonego tlenem stopu Ti-6Al-4V wytworzono niskotarciową powłokę MoS2(Ti, W) metodą rozpylania magnetronowego. Grubość powłoki wynosiła ok. 3,1 μm. Pomiędzy powłoką MoS 2(Ti, W) a podłożem występuje warstwa przejściowa z tytanu technicznego o grubości ok. 20 nm. Metodami skaningowej i transmisyjnej mikroskopii elektronowej oraz rentgenowskiej analizy dyfrakcyjnej opisano mikrostrukturę warstwy wierzchniej po obróbce powierzchniowej. Badania mikrostruktury powłoki za pomocą wysokorozdzielczej transmisyjnej mikroskopii elektronowej pozwoliły na stwierdzenie obecności cząstek MoS 2 o rozmiarach 3÷8 nm w amorficznej osnowie. Obserwowano również występowanie nanokrystalitów faz α i W. Stwierdzono znaczne obniżenie współczynnika tarcia w styku niesmarowanym od 0,85 dla stopu bez powłoki do 0,15 dla stopu z powłoką MoS 2(Ti, W). Wykazano, że zastosowana obróbka powierzchniowa istotnie wpływa również na poprawę odporności stopu Ti-6Al-4V na zużycie przez tarcie.

EN

A low friction MoS2(Ti, W) coating was deposited on the oxygen hardened Ti-6Al-4V alloy by magnetron sputtering. Microstructure characterization was performed by scanning and transmission electron microscopy methods as well as X-ray diffraction analyses. The coating thickness was about 3.1 μm. An intermediate layer composed of 20 nm thick Ti α was present between the coating and the substrate. The results of micro/nanostructural analyses performed by HRTEM showed that the coatings were composed of MoS2 nanocrystals (size in the range of 3÷8 nm) embedded in an amorphous matrix. Some Ti α and W nanocrystals were also found in the coating as well. The presence of the MoS2(Ti, W) coating decreases the friction coefficient from a value of 0.85 for the uncoated alloy to 0.15 for the coated one and essentially increases the wear resistance of the alloy.

Słowa kluczowe

PL

powłoka MoS2(Ti, W); stop Ti6Al4V; TEM; współczynnik tarcia

EN

MoS2(Ti, W) coating; Ti-6Al-4V alloy; TEM; friction coefficient

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 33, nr 3
• Strony: 181--184
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Moskalewicz T.

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

autor

Wendler B.

• Wydział Mechaniczny, Politechnika Łódzka

autor

Nolbrzak P.

• Wydział Mechaniczny, Politechnika Łódzka

autor

Zimowski A.

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

autor

Czyrska-Filemonowicz A.

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

Bibliografia

• [1] Blicharski M.: Inżynieria powierzchni. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa (2009).
• [2] Pawlak W., Wendler B., Nolbrzak P., Makówka M., Włodarczyk K., Ryski A.: Low friction MoS2(Ti, W) coatings deposited by magnetron sputtering. Inżynieria Materiałowa 3 (2010) 422÷426.
• [3] Renevier N. M., Fox V. C., Teer D. G., Hampshire J.: Performance of low friction MoS2 titanium composite coatings used in forming applications. Materials and Design 21 (2000) 337÷343.
• [4] Bülbül F., Efeoglu I., Arslan E.: The effect of bias voltage and working pressure on S/Mo ratio at MoS2-Ti composite films. Applied Surface Science 253 (2007) 4415÷4419.
• [5] Renevier N. M, Lobiondo N., Fox V. C, Teer D. G., Hampshire J.: Performance of MoS2/metal composite coatings used for dry machining and other industrial applications. Surface & Coatings Technology 123 (2000) 84÷91.
• [6] Pawlak W., Atraszkiewicz R., Nolbrzak P., Wendler B.: Niskotarciowe powłoki MoS2(Ti, W) osadzane metodą magnetronową na azotowanej i azotonasiarczanej stali szybkotnącej Vanadis 23. Inżynieria Materiałowa 4 (2010) 1157÷1161.
• [7] Teer G., Bellido-Gonzales V., Hamphire J.: MoS2 titanium coatings. UK Patent GB9514773.2. EU Patent 0842306, 19 July (1995).
• [8] Steinmann M., Müller A., Meerkamm H.: A new type of tribological coating for machine elements based on carbon, molybdenum disulphide and titanium diboride. Tribology International 37 (2004) 879÷885.
• [9] Amaro R. I., Martins R. C., Seabra J. O., Renevier N. M., Teer D. G.: Molybdenum disulphide/titanium low friction coating for gears application. Tribology International 38 (2005) 423÷434.
• [10] 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.
• [11] 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.
• [12] Stadelmann P.: JEMS Java Electron Microscopy Software, (2004). http:// cimewww.epfl.ch/.
• [13] 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.
• [14] Renevier N. M., Fox V. C., Teer D. G., Hampshire J.: Coating characteristics and tribological properties of sputter-deposited MoS2/metal composite coatings deposited by closed field unbalanced magnetron sputter ion plating. Surface & Coatings Technology 127 (2000) 24÷37.

Uwagi

PL

Wyniki przedstawione w niniejszej pracy zostały uzyskane w ramach projektu KomCerMet (nr umowy POIG.01.03.01-14-013/08-00) finansowanego przez Program Operacyjny Innowacyjna Gospodarka 2007÷2013. Autorzy dziękują prof. W. Ratuszek (AGH-UST) za pomoc w wykonaniu badań XRD i cenną dyskusję.