Wybrane aspekty projektowania powłok PVD do różnych zastosowań

• Autorzy: Gilewicz A.

Warianty tytułu

EN

Selected aspects of PVD coatings design for various applications

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule, omówiono wymagania stawiane materiałom stosowanym na powłoki oraz materiałom podłożowym. Scharakteryzowano materiały stosowane na powłoki przeciwzużyciowe oraz ich właściwości fizyczne i mechaniczne. Przedstawiono możliwość projektowa¬nia powłok w oparciu o twardość, zdolność do plastycznego odkształcenia (H/E), podejście krystalochemiczne. Wskazano na możliwości kształtowania właściwości powłok wieloskładnikowych powstałych na skutek domieszkowania różnymi pierwiastkami lub doboru parametrów procesu technologicznego. Przybliżono ideę obróbki hybrydowej zarówno materiału podłoża, jak i modyfikacji jego warstwy wierzchniej powłoką PVD, która umożliwia uzyskanie znaczącej poprawy właściwości użytkowych nieosiągalne w przypadku pojedynczego procesu.

EN

In the paper the requirements for materials applied as the coatings and substrate materials arę discussed. The materials used for coatings and their antiwear, physical and mechanical properties arę characterized. The opportunity to coatings design based on hardness, elastic strain to failure (related to H/E), and crystal-chemical approach is presented. The possibilities of forming propeties of multicomponent coatings caused by doping by different elements, or the selection of technological process parameters arę pointed. The idea ofa hybrid treatment both the substrate material and modify its surface layer by PVD coating that enable significant improvement of performance unattainable in the case of a single process is also brought closer.

Słowa kluczowe

PL

powłoka przeciwzużyciowa; materiał powłokowy; strefa kontaktowa; podłoże

EN

wear-resistant coating; coating; tribological system; substrate material

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Mechaniki Precyzyjnej
• Czasopismo: Inżynieria Powierzchni
• Rocznik: 2015
• Tom: nr 2
• Strony: 15--25
• Opis fizyczny: Bibliogr. 58 poz., fig., tab.

Twórcy

autor

Gilewicz A.

• Politechnika Koszalińska, Instytut Technologii i Edukacji

Bibliografia

• [1] Mazurkiewicz A., Smolik J., Poteralska B.: Nowoczesna Inżynieria Powierzchni - stan wiedzy i kierunki rozwoju. „Inżynieria Materiałowa", 2011, 4, s. 562-565.
• [2] Meneve J., Vercammen K., Dekempeneer E., Smeets J.: Thin tribological coatings: magic or design? „Surf. Coat. Technol.", 1997, 94-95, s. 476-482.
• [3] Holleck H., Schier V.: Multilayer PVD coatings for wear protection. „Surf. Coat. Technol.", 1995, 76-77, s. 328-336.
• [4] Bull S.J., Jones A.M.: Multilayer coatings for improved performance. „Surf. Coat. Technol.", 1996, 78, s. 173-184.
• [5] Matthews A., Leyland A.: Hybrid technigues in surface engineering. „Surf. Coat. Technol." 1995, 71, s. 88-92.
• [6] Leyland A., Matthews A.: Design criteria for wear-resistant nanostructured and glassy-metal coatings. „Surf. Coat. Technol.", 2004,177-178, s. 317-324.
• [7] Veprek S., Reiprich S.: A concept for the design of novel superhard coatings. „Thin Solid Films", 1995, 268,s.64-71.
• [8] Sanchette F.T., Ducros C., Schmitt T., Steyer P., Billard A.: Nanostructured hard coatings deposited by cathodic arc deposition: From concepts to applications. „Surf. Coat. Technol." 2011, 205, s. 5444-5453.
• [9] Smolik J., Gulde M., Walkowicz J., Suchanek J.: Influence of the structure of the composite: nitride layer/PVD coating on the durability of forging dies made of steel DIN 1.2367. „Surf. Coat. Technol.", 2004, 180-181,3.506.
• [10] Smolik J., Mazurkiewicz A.: The development of surface hybrid technologies as a result of practical industrial applications. „Problemy Eksploatacji", 2010,3,s. 105-114.
• [11] Gilewicz A., Warcholiński B., Kukliński Z.: Właściwości tribologiczne twardych warstw Cr(C,N) otrzymywanych metodą katodowego odparowania łukowego. „Inżynieria Materiałowa", 2006, 5, s. 972-975.
• [12] Stueber M., Holleck H., Leiste H., Seemann K., Ulrich S., Ziebert C.: Concepts for the design of advanced nanoscale PVD multilayer protective thin films. „J. Alloys Compd.", 2009, no 1-2 483, s. 321-333.
• [13] Burakowski T., Wierzchoń T.: Inżynieria powierzchni metali - podstawy, urządzenia, technologie. WNT, Warszawa 1995.
• [14] Gegner J.: Tribology - Fundamentals and Ad-vancements. lnTech.2013. ISBN: 978-953-51-1135-1,DOI: 10.5772/55470.
• [15] Harris S.G., Doyle E.D., Wong Y.C. , Munroe P.R., Cairney J.M., Long J.M.: Reducing the macroparticle content of cathodic arc evaporated TiN coatings. „Surf. Coat. Technol.", 2004, 183, s. 283-294.
• [16] Tkadletz M., Mitterer C., Sartory B., Letofsky-Papst l., Czettl C., Michotte C.: The effect of droplets in arc evaporated TiAlTaN hard coatings on the wear be-havior. „Surf. Coat. Technol.", 2014, 257, s. 95-101.
• [17] Kopać J., Sokolic M., Dolinek S.: Tribology of coated tools in conventional and HSC machining. „J. Mater. Proc. Technol.", 2001, 118, s. 377-384.
• [18] Kwaśny W.: Predicting properties of PVD and CVD coatings based on fractal quantities describing their surface. „J. Achiev. Mater. Manufact. Eng.", 2009, 37/2,s. 125-192.
• [19] Gulbiński W.: Physical vapor deposition of thin film coatings. [W:] Surface properties and engineering of complex metallic alloys. Belin-Ferre E. (red.) , World Scientific Publishing Company Co. Pte. Ltd. 2010.
• [20] Brauer G., Szyszka B., Vergohl M., Bandorf R.: Magnetron sputtering - Milestones of 30 years. „Vacuum", 2010, 84, s. 1354-1359.
• [21] Vahlas C.: Chemical vapor deposition of metals: from unarysystems to complex metallic alloys. [W:] Surface properties and engineering of complex metallic alloys. Belin-Ferre E. (red.), World Scientific Publishing Company Co. Pte. Ltd. 2010.
• [22] Dobrzański L.: Podstawy nauki o materiałach i metaloznawstwo. WNT, Warszawa 2002.
• [23] Wysiecki M.: Nowoczesne materiały narzędziowe stosowane w obróbce skrawaniem. WNT, Warszawa 1997.
• [24] Kupczyk M.: Ostrza skrawające z twardymi i super-twardymi powłokami. Wyd. Politechniki Poznańskiej, Poznań 2005.
• [25] Leyland A., Matthews A.: On the significance of the H/E ratio in wear control: nanocomposite coating approach to optimized tribological behaviour. „Wear", 2000,246,s. 1-11.
• [26] Warcholinski B., Gilewicz A.: The properties of multi-layer CrCN/CrN coatings dependent on their architecture. „Plasma Process. Polym.", 2011, 8, s. 333-339.
• [27] Archard J.F.: Contact and rubbing of flat surfaces. „J. Appl. Phys.", 1953, 24, 8, s. 981-988.
• [28] Dobrzański L.A., Gołombek K., Mikuła J., Pakuła D.: Multilayer and gradient PVD coatings on the sintered tool materials. „J. Achiev. Mater. Manuf. Eng.", 2008, 31,3.170-190.
• [29] Gilewicz A.: Wielowarstwowe twarde pokrycia na bazie azotku chromu z dodatkiem węgla w zastosowaniu do narzędzi do obróbki drewna. Rozprawa doktorska, Politechnika Koszalińska 2010.
• [30] Martinez E., Sanjines R., Karimi A., Esteve J., Levy F.: Mechanical properties of nanocomposite and multilayered Cr-Si-N sputtered thin films. „Surf. Coat. Technol.", 2004, 180-181, s. 570-576.
• [31] Fox-Rabinovich G.S., Kovalev A.I., Aguirre M.H., Beake B.D., Yamamoto K., Veldhuis S.C., EndrinoJ.L., Wainstein D.L., Rashkovskij A.Y.: Design and performance of AlTiN and TiAlCrN PVD coatings for machining of hard to cut materials. „Surf. Coat. Technol.", 2009, 204, s. 489-496.
• [32] Dobrzański LA, Pakuła D., Hajduczek E.: Structure and properties of the multi-component TiAlSiN coatings obtained in the PVD process in the nitride tool ceramics. „J. Mater. Proces. Technol.", 2004, 157-158, s. 331-340.
• [33] Balasivanandha T., Prabu S., Geetha Manivasagam, Padmanabhan K.A.: Comparison of TiAlN, AICrN, and AICrN/TiAlN coatings for cutting-tool applica-tions. „Int. J. Miner. Met. Mater.", 2014, 21, s. 796-805.
• [34] Benkahoul M., Robin P., Martinu L., Klemberg-Sapieha J.E.: Tribological properties of duplex Cr-Si-N coatings on SS410 Steel. „Surf. Coat. Technol.", 2009, 203, s. 934-940.
• [35] Stueber M., Albers U., Leiste H., Ulrich S„ Holleck H., Barna P.B, Kovacs A., Hovsepian P., Gee l.: Multi-functional nanolaminated PVD coatings in the system Ti-AI-N-C by combination of metastable fcc phases and nanocomposite microstructures. „Surface and Coatings Technology", 2006, 200, s. 6162-6171.
• [36] Aouadi S.M., Maeruf T., Twesten R.D., Mihut D.M., Rohde S.L.: Physical and mechanical properties of chromium zirconium nitride thin films. „Surf. Coat. Technol.". 2006, 200, s. 3411-3417.
• [37] Voevodin A.A., Zabinski J.S.: Supertough wear-resistant coatings with 'chameleon' surface adaptation. „Thin Solid Films", 2000, 370, s. 223-231.
• [38] Veprek S.: Conventional and new approaches to-wards the design of novel superhard materials. „Surf. Coat. Technol.", 1997, 97, s. 15-22.
• [39] Hovsepian P.E., Lewis D.B., Munz W.D.: Recent progress in large scale manufacturing of multi-layer/superlattice hard coatings. „Surf. Coat. Technol.", 2000, 133-134, s. 166-175.
• [40] Czechowski K., Wrońska l.: Powłoki nanostrukturalne na narzędzia skrawające. „Mechanik", 2011, 12, s. 964-967.
• [41] Hogmark S., Jacobson S., Larsson M.: Design and evaluation of tribological coatings. „Wear", 2000, 246, s. 20-33.
• [42] Erdemir A.: A crystal chemical approach to the lubrication by solids oxides. „Tribol. Lett.", 2000, 8, s. 97-102.
• [43] Gulbiński W., Suszko T., Sienicki W., Warcholinski B.: Tribological properties of silver and copper-doped transition metal oxide coatings. „Wear", 2003, 254, s. 129-135.
• [44] Erdemir A.: A crystal chemical approach to the for-mulation of self-lubricating nanocomposite coatings. „Surf. Coat. Technol." 2005, 200, s. 1792-1796.
• [45] Özturk A., Ezirmik K.V., Kazmanli K., Orgen M., Eryilmaz O.L., Erdemir A.: Comparative tribological behaviors of TiN-, CrN- and MoN-Cu nanocomposite coatings. „Tribol. Int.", 2008, 41, s. 49-59.
• [46] Stone D.S., Harbin S., Mohseni H., Mogonye J.E., Scharf T.W., Muratore C., Voevodin AA, Martini A., Aouadi S.M.: Lubricious silver tantalate films for ex-treme temperature applications. Surf. Coat. Technol.", 2013, 217, s. 140-146.
• [47] Cristea D., Constantin D., Crisan A., Abreu C.S., Gomes J.R., Barradas N.P., Alves E., Moura C., Vaz F., Cunha L.: Properties of tantalum oxynitride thin films produced by magnetron sputtering: The influence of processing parameters. „Vacuum", 2013, 98, s. 63-69.
• [48] Bhushan B., Lowry J.A.: Friction and wear studies of various head materials and magnetic tapes in a linear modę accelerated test using a new nano-scratch wear measurement technique. „Wear", 1995, 190, 1995,s. 1-15.
• [49] Stachowiak G.W., Stachowiak G.B.: Unlubricated wear and friction of toughened zirconia ceramics at elevated temperatures. „Wear", 1991, 143 s. 277-295.
• [50] Kerkwijk B., Garcia M., van Zyl W., Winnubst L., Mulder E.J., Schipper D.J., N/erweij H.: Friction behaviour of solid oxide lubricants as second phase in a-AI203 and stabilised ZrO2 composites. „Wear", 2004,256,s. 182-189.
• [51] Cetinel H., Celik E., Kusoglu M.L: Tribological be-havior of C^Os coatings as bearing materials. „J. Mater. Proc. Tech.", 2008, 196, s. 259-265.
• [52] EzirmikV., Senel E., Kazmanli K., Erdemir A., Urgen M.: Effect of copper addition on the temperature dependent reciprocating wear behaviour of CrN coatings. „Surf. Coat. Technol.", 2007, 202, s. 866-870.
• [53] Tacikowski M., Ulbin-Pokorska l., Wierzchoń T.: Microstructure of the composite oxynitrided chromium layers produced on steel by a duplex method. „Surf. Coat. Technol.", 2001, 201, 2776-2781.
• [54] Betiuk M., Burdyński K., Wach P., Michalski J., Kwiatkowski L.: Wytwarzanie warstw duplex metodą azotowania gazowego i PAPVD-Arc. „Inżynieria Powierzchni", 2006, 2, s. 63-67.
• [55] Smolik J., Walkowicz J., Tacikowski J.: Influence of the structure of the composite: nitrided layer/PVD coating' on the durability of tools for hot working. „Surf. Coat. Technol.", 2000, 125, s. 134-140.
• [56] Walkowicz J., Smolik J., Miernik K., Bujak J.: Duplex surface treatment of moulds for pressure casting of aluminium. „Surf. Coat. Technol.", 1997, 97, s. 453-464.
• [57] Walkowicz J., Smolik J., Bertrand C., loncea l.: Obróbka cieplno-chemiczna, a trwałość eksploatacyjna matryc do kucia na gorąco. „Inżynieria Materiałowa", 2005,5,s. 181-185.
• [58] Burakowski T.: Rozważania o synergizmie w inżynierii powierzchniowej. Wydawnictwo Politechniki Radomskiej, Radom 2004.