The Influence of the Multilayer Structure of Hard Coatings on their Resistance to Micro-Impact Fatigue Wear

• Autorzy: Krupa Jolanta , Wiązania Grzegorz , Zimowski Sławomir , Kot Marcin

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0014.3738

Warianty tytułu

PL

Wpływ wielowarstwowej budowy twardych powłok na ich odporność na mikroudarowe zużycie zmęczeniowe

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

PL

Fatigue cracking of thin hard anti-wear coatings occurs, among others, in the tribological contact of sliding friction pairs, in the top layers of cutting tools coatings, as well as in the surface of elements subjected to erosion processes. Coating fatigue wear is initiated as a result of cyclic interactions with micro-roughness of counterpart or other elements or particles that repeatedly impact the surface. The selection of appropriate coatings can increase the durability of machine components that are subjected to fatigue impact loads. The paper presents the results of tests on micro-impact fatigue wear of elements covered with single TiN and DLC coatings, as well as multi-layer (Ti/TiN)×8 type. Fatigue tests were carried out using the micro-impact method by cyclic impact of the surface of the coating with a diamond ball. The experiments were performed using a special laboratory stand. The correlation between fatigue life of coatings and their micromechanical properties such as Young's modulus and hardness were also examined. The hardness and Young's modulus were determined by an instrumented indentation method. The test results proved that the (Ti/TiN)×8 multilayer coating demonstrates wear 1.4 times smaller than the sample with the TiN coating and 1.2 than the sample with the DLC coating.

PL

Pękanie zmęczeniowe cienkich twardych powłok przeciwzużyciowych występuje m.in. w styku tribologicznym ślizgowych węzłów tarcia, w warstwach wierzchnich pokryć narzędzi skrawających, a także w powierzchni elementów poddanych procesom erozyjnym. Zużycie zmęczeniowe powłok inicjowane jest na skutek cyklicznych interakcji z mikronierównościami przeciwelementu lub innymi elementami bądź cząstkami, które wielokrotnie uderzają w powierzchnie. Dobór odpowiednich powłok może zwiększyć trwałość elementów maszyn, które poddane są obciążeniu udarowemu o charakterze zmęczeniowym. W pracy przedstawiono wyniki badań odporności na mikroudarowe zużycie zmęczeniowe elementów pokrytych powłokami pojedynczymi TiN oraz DLC, a także wielowarstwowymi typu (Ti/TiN)×8. Testy zmęczeniowe przeprowadzono metodą mikroudarową poprzez cykliczne uderzanie w powierzchnię powłoki kulą ceramiczną. Eksperymenty wykonano przy zastosowaniu specjalnego stanowiska pomiarowego. Zbadano również występowanie korelacji pomiędzy trwałością zmęczeniową powłok i ich właściwościami mikromechnicznymi takimi jak moduł Younga oraz twardość, które wyznaczono statyczną metodą wciskania wgłębnika. Wyniki badań dowiodły, że wielowarstwowa powłoka (Ti/TiN)×8 wykazuje zużycie 1,4 razy mniejsze od próbki z powłoką TiN oraz blisko 1,2 od tej z powłoką DLC.

Słowa kluczowe

EN

hard coating; micro-impact; fatigue wear; crater evolution

PL

twarda powłoka; mikroudar; zużycie zmęczeniowe; ewolucja krateru

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2020
• Tom: nr 2
• Strony: 37--45
• Opis fizyczny: Bibliogr. 6 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Krupa Jolanta

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Mechanical Engineering and Robotics

autor

Wiązania Grzegorz

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Mechanical Engineering and Robotics

autor

Zimowski Sławomir

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Mechanical Engineering and Robotics

autor

Kot Marcin

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Mechanical Engineering and Robotics

Bibliografia

• 1. Winkelmann H., Franek F.: High-temperature cyclic impact abrasion testing: Wear behaviour of single and multiphase materials up to 750°C. Estonian Journal of Engineering 15(4), 2009, pp. 359–366.
• 2. Capitanu L., Badita L.L., Tiganesteanu C., Rus D.: Scratch and cyclic impact testing of adhesion PLD coatings, Ti-N on SS316L substrate. International Journal of Application or Innovation in Engineering & Management (IJAIEM) Volume 4, Issue 9, 2015, pp. 78–107.
• 3. Lawesa S.D.A., Hainswortha S.V., Fitzpatrick M.E.: Impact wear testing of diamond-like carbon films for engine valve-tappet surfaces. Wear 268, 2010, pp. 1303–1308.
• 4. Rakowski W., Adamczyk P., Zimowski S.: Mikroudarowe pękanie zmęczeniowe powłok tribologicznych. Tribologia: teoria i praktyka 46 no. 4, 2015, pp. 145–157.
• 5. Rakowski W., Adamczyk P., Zimowski S.: Wpływ twardości i sprężystości podłoża na mikroudarowe zużycie zmęczeniowe powłoki. Tribologia: teoria i praktyka 45,no. 5, 2014, pp. 147–158.
• 6. Pharr G.M., Oliver W.C.: Measurement of thin film mechanical properties using nano indentation. Mrs Bulletin 17, 1992, pp. 28–33.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).