Wpływ warstw powierzchniowych azotku tytanu na odporność korozyjną stopu magnezu AZ91D

• Autorzy: Tacikowski M. , Smolik J. , Kamiński J. , Betiuk M. , Wątła A. , Wierzchoń T.

Warianty tytułu

EN

The effect of titanium nitride surface layers on the corrosion resistance of AZ91D magnesium alloy

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Zainteresowanie stopami magnezu we współczesnej technice dynamicznie rośnie ze względu na bardzo korzystne własności, w szczególności najmniejszą spośród metali o znaczeniu konstrukcyjnym gęstość magnezu. Barierą dla wielu potencjalnych zastosowań stopów magnezu są jednak słabe własności powierzchniowe, tj. twardość, odpomość na zużycie, a zwłaszcza na korozję. W praktyce przemysłowej w celu poprawy odpomości na korozję i zużycie przez tarcie stosuje się różne obróbki powierzchniowe, z których dominującą rolę odgrywa utlenianie anodowe. Dla wielu potencjalnych zastosowań jest ono jednak niewystarczająco skuteczne. Stąd zachodzi potrzeba poszukiwania nowych rozwiązań w zakresie inżynierii powierzchni, które mogłyby poszerzyć spektrum zastosowań stopów magnezu. Wytwarzanie na stopach magnezu powierzchniowych warstw azotków wydaje się obiecujące. Przedmiotem pracy było zbadanie możliwości poprawienia własności użytkowych stopu magnezu AZ91D, zwłaszcza odporności korozyjnej. Za pomocą obróbki hybrydowej łączącej pokrycie metodą PVD stopu prostą lub złożoną powłoką azotku tytanu z podwarstwą tytanu z obróbką cieplną, która skutkuje dyfuzyjnym połączeniem powłoki z podłożem, na stopie magnezu wytworzono różne rodzaje powierzchniowych warstw azotku tytanu O charakterze dyfuzyjnym. Porównano wpływ warstw dyfuzyjnych, w tym warstwy pojedynczej na podwarstwie tytanu, wielowarstwy azotek tytanu-tytan oraz warstwy azotku na warstwie pośredniej tytanu i aluminium na własności użytkowe stopu magnezu AZ91D, w szczególności na odpomość korozyjną. Wyniki badań skonfrontowano z efektami utleniania anodowego stopu AZ91D, jako podstawowej obróbki przemysłowej tego stopu. Najkorzystniejszym wariantem jest warstwa azotku tytanu na warstwie pośredniej tytanu i aluminium, która wykazuje odpomość korozyjną, znacznie przewyższającą efekty utleniania anodowego (potencjał korozyjny ok. 1000 mV), skojarzoną z o około rząd wielkości większą odpornością na zużycie przez tarcie w zakresie obciążeń do 50 N w próbie typu Amsler. Relatywnie korzystne własności użytkowe wykazuje również wielowarstwowa azotku tytanu.

EN

Dynamically increasing interest in magnesium alloys nas recently been observed in modem technology. This is so because of the very advantageous properties of magnesium, in particular its low density which is the lowest of those of all other constructional materials. The barrier to many potential applications of magnesium alloys lies in their poor surface properties, such as hardness, corrosion and wear resistance. There are various techniques used in industrial practice for improving the resistance to corrosion and wear of these alloys, the predominating technique being anodic oxidation. However in many potential applications, this technique is insufficiently effective and hence the need for seeking new surface engineering solutions that could broaden the application Spectrum ofmagnesium alloys. A promising solution seems to be covering their surface with nitride layers. In the present study we examined the possibility of improving the performance properties of the AZ91D magnesium alloy, in particular its corrosion resistance, by producing on its surface various types of titanium nitride layers with the diffusive character. The layers were produced by the hybrid method consisting of covering the surface of the alloy with a single or multilayer titanium nitride coating using the PVD method followed by an annealing heat treatment. The effects of various variants of the diffusive titanium nitride layers on the corrosion resistance of the AZ91D alloy were compared. These variants include: a single-layer with a titanium sublayer, a sandwich type layer composed of titanium nitride/titanium sublayers and a composite layer formed on an intermediary titanium and aluminium layer. The optimum version appeared to be the composite layer, whose corrosion resistance exceeds considerably (the corrosion potential c.a. Ekor = 1000 mV) those achieved by anodic oxidation, and which is accompanied by, better by about one order of magnitude, wear resistance up to a 50 N load in the Amsler-type test.

Słowa kluczowe

PL

stopy magnezu; tytan; azotek tytanu; warstwy dyfuzyjne; metoda hybrydowa; odporność na korozję; odporność na zużycie przez tarcie

EN

magnesium alloys; titanium; titanium nitride; diffusion layers; hybrid method; corrosion resistance; wear resistance

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 34, nr 5
• Strony: 555--558
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys.

Twórcy

autor

Tacikowski M.

• Wydział Inżynierii Materiałowej, Politechnika Warszawska

autor

Smolik J.

• Instytut Technologii Eksploatacji, Radom

autor

Kamiński J.

• Wydział Inżynierii Materiałowej, Politechnika Warszawska

autor

Betiuk M.

• Instytut Mechaniki Precyzyjnej, Warszawa

autor

Wątła A.

• Wydział Inżynierii Materiałowej, Politechnika Warszawska

autor

Wierzchoń T.

• Wydział Inżynierii Materiałowej, Politechnika Warszawska

Bibliografia

• [1] Gray J. E., Luan B.: Protective coatings on magnesium and its alloys - a critical review. Journal of All. And Comp. 336 (2002) 88÷113.
• [2] Kainer K. U.: Magnesium alloys and technologies. DGM, Wiley-VCH GmbH & Co. KGA, Weinheim (2003).
• [3] Kainer K. U., Bala Srinvasan P., Blawert C., Ditzel W.: Non-ferrous metals and alloys. Elsevier (2010).
• [4] Poole W. J., Kainer K. U.: Proceedings of 91h International Conference on Magnesium Alloys and their Applications. Vancouver (2012) (na CD).
• [5] Ghali E.: Corrosion resistance of magnesium understanding, performance and testing. Wiley, New Jersey (2010).
• [6] Tacikowski M., Rudnicki J., Walkowicz J., Wierzchoń T.: Structure and properties of composite layers on AZ91D magnesium alloy produced by the hybrid surface treatment. NETSU-SHORI, the Journal of the Japan Society for Heat Treatment 49 (1) (2009) 365÷368.
• [7] Tacikowski M., Borowski T., Cymerman K., Kamiński J., Smolik J., Wierzchoń T.: Dyfuzyjne warstwy azotków na stopie magnezu AZ91D wytwarzane metodą hybrydową - mikrostruktura i właściwości. Inżynieria Materiałowa 4 (2010) 1255÷1259.
• [8] Tacikowski M., Wierzchoń T.: Kształtowanie odporności korozyjnej stopów magnezu metodą hybrydową. Ochrona przed Korozją 2 (201 1) 40÷43.
• [9] Tacikowski M., Rudnicki J., Smolik J., Banszek M., Wierzchoń T.: Wpływ dyfuzyjnych wieloskładnikowych warstw na bazie tytanu wytwarzanych metodą hybrydową na odporność na korozję i zużycie przez tarcie stopu magnezu AZ91D. Inżynieria Materiałowa 4 (2011) 768÷771.
• [10] Tacikowski M., Banaszek M., Smolik J.: Corrosion-resistant composite titanium nitride layers produced on the AZ91D magnesium alloy by a hybrid method. Vacuum (2013) 10.1016/j.vacuum.2013.06.018.
• [11] Tacikowski M.: Zgłoszenie zastrzeżenia patentowego nr P-401207, Warszawa (2012).
• [12] Tacikowski M., Kamiński J., Rudnicki J., Borowski T., Trzaska M., Wierzchoń T.: The effect of the diffusive, composite chromium nitride layers produced by a hybrid surface treatment on the corrosion behavior ofAZ91D magnesium alloy. Vacuum 85 (2011) 93 8÷942.
• [13] Tacikowski M., Płociński T., Jakieła R., Wierzchoń T.: Structure and properties of the high performance anticorrosive and antiwear composite titanium nitride surface layers produced by hybrid method. Mater. Chracter. (w przygotowaniu).
• [14] Tacikowski M., Banaszek M., Cymerman K., Morgiel J., Pisarek M., Wierzchoń T.: Structure and properties of the diffusive, composite titanium nitride layers produced by hybrid method on AZ91D magnesium alloy Vacuum (w przygotowaniu).