Deformation And Fracture Analysis Of Coating-Substrate Systems

• Autorzy: Kot M.

Identyfikatory

DOI

10.1515/amm-2015-0378

Warianty tytułu

PL

Analiza odkształcenia i pękania w układzie powłoka-podłoże

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the deformation and fracture analysis of coating-substrate systems during spherical indentation. CrN and TiN ceramic coatings with a thickness of 1-5 μm were tested using 10 to 200 μm tip radius spherical indenters. The typical results of indentation tests i.e. force-penetration depth curves were transformed into stress-strain curves using an algorithm developed by the author. The test results are compared with the results of numerical analysis conducted using FEM modelling. Such a complex analysis allows users to determine the level of tensile stress leading to the formation of cracks observed using SEM and TEM microscopy, and to define the failure maps for the coating substrate-systems.

PL

W pracy przedstawiono analizę deformacji i pękania układów powłoka-podłoże przy użyciu testów indentacji i sferycznych wgłębników. Badano powłoki CrN i TiN o grubościach z zakresu 1-5 μm stosując wgłębniki o promieniach zaokrąglenia z zakresu 10 do 200 μm. Typowe wyniki testów w postaci krzywych siła-głębokość penetracji transformowano na krzywe naprężenie-od-kształcenie przy użyciu algorytmu opracowanego przez autora. Wyniki porównywano z wynikami modelowania przy użyciu metody elementów skończonych MES. Taka procedura pozwoliła określić stan naprężeń rozciągających prowadzących do powstawania pęknięć obserwowanych przy użyciu mikroskopii skaningowej SEM i transmisyjnej TEM. Opracowano także mapy deformacji badanych układów powłoka-podłoże.

Słowa kluczowe

EN

coatings; deformation; stress; fracture

PL

powłoki; odkształcenie; naprężenie; pęknięcie

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 60, iss. 3
• Strony: 2307--2317
• Opis fizyczny: Bibliogr. 34 poz., rys.

Twórcy

autor

Kot M.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Mechanical Engineering and Robotics, Al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

Bibliografia

• [1] A. Erdemir, Tribology International 37, 1005-1012 (2004).
• [2] M. Kot, W. A. Rakowski, Ł. Major, R. Major, J. Morgiel, Surface and Coatings Technology 202, 3501-3506 (2008).
• [3] P. C. Yashar, W. D. Sproul, Vacuum 55, 179-190 (1999).
• [4] M. Kot, Ł. Major, K. Chronowska-Przywara, J. M. Lackner, W. Waldhauser, W. Rakowski, Materials and Design 56, 981-989 (2014).
• [5] A. Czyzniewski, Thin Solid Films 433, 180-185 (2003).
• [6] M. Kot, Ł. Major, J. Lackner, W. Rakowski, Journal of Balkan Tribological Association 18, 92-105 (2012).
• [7] J. Romero, J. Esteve, A. Lousa, Surface and Coatings Technology 188-189, 338-343 (2004).
• [8] J. M. Lackner, L. Major, M. Kot, Biulletin of Polish Academy of Sciences. Technical Sciences 59/3, 343-355 (2011).
• [9] M. Kot, Ł. Major, J. Lackner, Materials and Design 51, 280-286 (2013).
• [10] G. Gassner, J. Patscheider, P. H. Mayrhofer, S. Šturm, C. Scheu, C. Mitterer, Tribology Letters 27, 97-104 (2007).
• [11] H. C. Barshilia, B. Deepthi, A. S. Arun Prabhu, K. S. Rajam, Surface and Coatings Technology 201, 329-337 (2006).
• [12] M. Kot, W. Rakowski, J. Lackner, Ł. Major, Materials and Design 46, 751-757 (2013).
• [13] N. Dingremont, E. Bergmann, P. Collignon, H. Michel, Surface and Coatings Technology 72, 3, 163-168 (1995).
• [14] J. C. A Batista, C. Godoy, A. Matthews, Tribology International 35, 6, 363-372 (2002).
• [15] H. Hertz, Miscellaneous Papers, in: D. E. Jones, G. A. Schott (Eds.), Macmillan, London (1863).
• [16] D. Tabor, Hardness of metals, Oxford: Clarendon Press (1951).
• [17] Liu SB, A. Peyronnel, Q. J. Wang, L. M. Keer, Tribology Letters 18, 303-314 (2005).
• [18] A. C. Fischer-Cripps, Surface and Coatings Technology 200, 4153-4165 (2006)
• [19] Z. Jiang, F. X. Lu, W. Z. Tang, S. G. Wang, Y. M. Tong, T. B. Huang, J. M. Liu, Diamond and Related Materials 9, 1734-1738 (2000).
• [20] Z. Chen, B. Cotterell, W. Wang, Engineering Fracture Mechanics 69, 597-603 (2002).
• [21] S. Zhang, D. Sun, Y. Q. Fu, H. Du, Thin Solid Films 469-470, 233-238 (2004).
• [22] X. Li, B. Bhushan, Thin Solid Films 355-356, 330-336 (1999).
• [23] J. Michler, E. Blank, Thin Solid Films 381, 119-134 (2001).
• [24] T. Pachler, R. M. Souza, A. P. Tschiptschin, Surface and Coatings Technology 202, 1098-1102 (2007).
• [25] X. C. Zhang, B. S. Xu, H. D. Wang, Y. X. Wu, Y. Jiang, Materials Design 28, 47-54 (2007).
• [26] M. Kot, Archives of Civil and Mechanical Engineering 12, 464-470 (2012).
• [27] M. Kot, J. M. Lackner, Ł. Major, W. Rakowski, Materials and Design 43, 99-111 (2013).
• [28] P. Wang, X. Wang, T. Xu, W. Liu, J. Zhang, Thin Solid Films 515, 6899-6903 (2007).
• [29] L. Zhang, H. Yang, X. Pang, K. Gao, A. A. Volinsky, Surface and Coatings Technology 224, 120-125 (2013).
• [30] ANSYS, Release 11.0 Documentation for ANSYS. ANSYS, Inc. (2007).
• [31] J. Michler, E. Blank, Thin Solid Films 381, 119-134 (2001).
• [32] E. Weppelmann, M. V. Swain, Thin Solid Films 286, 111-21 (1996).
• [33] Z. H. Xie, R. Singh, A. Bendavid, P. J. Martin, P. R. Munroe, M. Hoffman, Thin Solid Films 515, 3196-201 (2007).
• [34] J. Chen, S. J. Bull, Thin Solid Films 494, 1-7(2006).

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.