Cracks Development Formed as a Result of Cyclic Micro-Impacts on the Surface of Anti-Wear Coatings

• Autorzy: Krupa Jolanta , Zimowski Sławomir

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0015.8983

Warianty tytułu

PL

Rozwój pęknięć powstających w wyniku cyklicznych mikroudarów na powierzchni powłok przeciwzużyciowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Fatigue tests are commonly used to define the mechanical properties of materials intended for responsible components operating in various conditions. The fatigue strength of monolithic materials is most often determined during bending, tensile, compression, or torsion tests. The growing area of thin, hard coatings application forced the researchers to extend the fatigue tests to the coating-substrate systems. Since the behaviour of complex, modern materials are not subject to general rules, it is necessary to conduct investigation and analyses and generalise the results of these tests for given groups of materials. In this article, micro- impact fatigue tests were performed to analyse the behaviour of single- and double-layer chromium and chromium nitride coatings. The microhardness and elastic modulus obtained by an indentation method were used to determine the influence of mechanical properties of the coatings on their fatigue wear. After the fatigue tests, the deformation of the coating/substrate system was examined, taking into account the geometry of the craters, and the forms of coating wear caused mainly by cracking were analysed.

PL

Badania zmęczeniowe są powszechnie stosowane do określenia właściwości mechanicznych materiałów przeznaczonych na odpowiedzialne elementy pracujące w różnych warunkach. Wytrzymałość zmęczeniowa materiałów monolitycznych wyznaczana jest najczęściej podczas testów zginania, rozciągania, ściskania lub skręcania. Zwiększenie obszarów zastosowania cienkich, twardych powłok wymusiło na badaczach rozszerzenie testów zmęczeniowych na układy powłoka–podłoże. Ponieważ zachowanie złożonych, nowoczesnych materiałów nie podlega znanym regułom, konieczne jest prowadzanie badań i analiz oraz dążenie do uogólnienia wyników tych badań dla danych grup materiałów. W artykule przeprowadzono mikroudarowe badania zmęczeniowe w celu analizy zachowania przeciwzużyciowych jedno- i dwuwarstwowych powłok chromu i azotku chromu. Przeprowadzone pomiary mikrotwardości i modułu sprężystości metodą indentacyjną pozwoliły na określenie wpływu właściwości mechanicznych powłok na ich zużycie zmęczeniowe. Po testach zmęczeniowych zbadano odkształcenie układu powłoka/podłoże ze względu na geometrię kraterów oraz dokonano analizy form zużycia powłok, którego główną przyczyną było pękanie.

Słowa kluczowe

EN

anti-wear coatings; fatigue; micro-impact

PL

powłoki przeciwzużyciowe; zmęczenie; mikrouderzenie

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2022
• Tom: nr 1
• Strony: 33--41
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz., rys., tab., wykr., wykr.

Twórcy

autor

Krupa Jolanta

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

• https://orcid.org/0000-0003-2417-1771

autor

Zimowski Sławomir

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

• https://orcid.org/0000-0002-7348-8751

Bibliografia

• 1. Beake B.D., Smith J.F.: Nano-impact testing – an effective tool for assessing the resistance of advanced wear-resistant coatings to fatigue failure and delamination. Surface & Coatings Technology 2004,188–189, pp. 594–598.
• 2. Beer F.P., Johnston E.R., Jr., Mechanics of Materials 2012, 2nd ed., pp. 204–207.
• 3. McGrann R.T.R., Greving D.J., Shadley J.R., Rybicki E.F., Bodger B.E., Somerville D.A.: The Effect of Residual Stress in HVOF Tungsten Carbide Coatings on the Fatigue Life in Bending of Thermal Spray Coated Aluminum. Journal of Thermal Spray Technology 1998, 7(4), pp. 546–552.
• 4. Yan L., Leng Y., Chen J.: Torsional fatigue resistance of plasma sprayed HA coating on Ti-6Al-4V.Journal of Materials Science: Materials In medicine 2003, 14, pp. 291–295.
• 5. Baia Y., Xia Y., Gaoa K., Yanga H., Panga X., Yangb X., Volinsky A.A.: Brittle coating effects on fatigue cracks behavior in Ti alloys. International Journal of Fatigue 2019, 125, pp. 432–439.
• 6. Piekoszewski W., Szczerek M.: Mechanisms of PVD coated elements surface layer destruction caused by pitting. Quarterly Tribologia 2011, 238(4), pp. 229–243.
• 7. Bouzakis K.-D., Vidakis N., Leyendecker T., Erkens G., Wenke R.: Determination of the fatigue properties of multilayer PVD coatings on various substrates, based on the impact test and its FEM simulation. Thin Solid Films 1997, 308–309, pp. 315–322.
• 8. Krupa J., Wiązania G., Zimowski S., Kot M.: The influence of the multilayer structure of hard coatings on their resistance to micro-impact fatigue wear. Bimonthly Tribologia 2020, 290 (2), pp. 37–45.

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).