Abrasive wear mechanisms of antiwear coatings in ball-cratering tests

• Autorzy: Osuch-Słomka E.

Warianty tytułu

PL

Mechanizmy zużywania ściernego powłok przeciwzużyciowych w metodzie ball-cratering

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article is a continuation of research on the mechanisms of wear on PVD coatings observed after tests had been performed with the use of the ball­ cratering method evaluating the wear. The work conditions of friction point in which tribological tests had been performed were calculated based on the optimization experiments described in independent studies [L. 1-2]. The aim of the article is to analyse the boundary surface coating-substrate resulting from abrasive wear. The observed area is located on the border of the trace of wear in the shape of a crater, at the point of the exit of the ball from the trace in accordance with the direction of the selection of the coating. The tested surface was observed with the use of microscopic techniques: scanning electron microscope (SEM) and interferometric microscope (WLI). The authors attempted to present the repetitive nature of the mechanism of the wear of thin PVD coatings with the use of the ball-cratering method, including its influences on receiving repeated traces of wear, which, in turn, has an influence on the determination of a reproducible value of the wear rate Kc, which is the factor determining the resistance of the tested coating to abrasive wear.

PL

Artykuł jest kontynuacją prezentacji wyników badań dotyczących analizy mechanizmów zużywania cienkich powłok PVD zaobserwowanych po badaniach zużyciowych metodą ball-cratering. Warunki pracy węzła tarcia, dla których wykonano badania tribologiczne opracowano na podstawie eksperymentów optymalizacyjnych opisanych w pracach własnych [L.1-2]. Celem artykułu jest analiza powierzchni granicznej powłoka-podłoże powstałej w wyniku zużycia ściernego. Obserwowany obszar znajduje się na granicy śladu zużycia w kształcie krateru, w miejscu wyjścia kuli ze śladu zgodnie z kierunkiem wybierania powłoki. Badaną powierzchnię obserwowano z zastosowaniem technik mikroskopowych: elektronowego mikroskopu skaningowego (SEM) i mikroskopu interferometrycznego (WLI). Założeniem autora było uzyskanie powtarzalnego charakteru mechanizmu zużywania cienkich powłok PVD metodą ball-cratering. Wpływa on na otrzymywanie powtarzalnych śladów zużycia, co z kolei ma wpływ na wyznaczenie powtarzalnej wartości współczynnika szybkości zużywania Kc, współczynnika określającego odporność badanej powłoki na zużycie ścierne. Celem obserwacji było zaprezentowanie mechanizmów zużywania występujących na analizowanym obszarze granicznym [L. 6, 8]. Porównano powierzchnie krateru na granicy przetarcia powłoki przy wyznaczonych optymalnych wartościach parametrów pracy [L. 1-2]. Po przeprowadzonych biegach tribologicznych zaobserwowano znaczącą różnicę w ścieraniu osadzonych powłok PVD. W każdym z przeprowadzonych biegów tribologicznych formy zużycia były powtarzalne. Dla powłok: CrN, CrN/duplex zaobserwowano formę zużycia przez toczenie, natomiast dla powłok: AITiN, AITiN/duplex, AICrN i (TiN/AICrN)xS, two-body abrasive wear - przez bruzdowanie. Zróżnicowany charakter zużycia ściernego uwarunkowany jest zróżnicowaną twardością badanych powłok względem użytego ścierniwa, którego twardość wynosi 3000 HV. Dla przykładu powłoka CrN jest stosunkowo miękką powłoką o twardości 1700-1800 HV, w porównaniu z powloką AITiN o twardości 3200-3300 HV. Wszystkie analizowane powłoki PVD o twardości powyżej 2000 HV charakteryzują się występowaniem mechanizmu bruzdowania. Zróżnicowanie form zużycia ściernego spowodowane jest również wartościami zastosowanych obciążeń węzła tarcia. Dla powłoki CrN obciążenie wynosiło 0,2N, natomiast dla powłoki AITiN czy AICrN 0,6N. Niska wartość zastosowanego obciążenia dla powłoki CrN umożliwiła swobodne poruszanie się ziaren ścierniwa SiC między dwoma ciałami, inicjując formę zużycia przez toczenie (three-body abrasive wear). Przy trzykrotnie większym obciążeniu dystans między dwoma ciałami zmniejszył się, tym samym uniemożliwiając swobodne poruszanie się cząstek ścierniwa w węźle tarcia, co zainicjowało powstanie formy zużycia przez bruzdowanie (two-body abrasive wear).

Słowa kluczowe

EN

antiwear coatings; abrasive wear mechanisms; ball-cratering method

PL

powłoki przeciwzużyciowe; mechanizmy zużywania ściernego; metoda ball-cratering

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2016
• Tom: nr 6
• Strony: 95--106
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Osuch-Słomka E.

• Institute for Sustainable Technologies - National Research Institute, 26-600, ul. Pulaskiego 6/10, Poland

Bibliografia

• 1. Osuch-Słomka E., Ruta R. and Słomka Zb. The use of a modern method of designing experiments in ball-cratering abrasive wear testing. Proc IMechE, Part J: J Engineering Tribology 2013; 227 (10): 1177-1187.
• 2. Osuch-Słomka, E. Proposed method for determining the values of tests for the ball-cratering method. Tribologia, 2011, 240, 161-171.
• 3. Norma PN-91/M-04301 Tribologia. Terminologia podstawowa.
• 4. Zwierzycki W. (pod red.) Selected problems of wear of the materials in sliding machines pairs. PWN Warszawa-Poznań 1990, in Polish.
• 5. Shipway P.H., Hogg J.J.: Wear of bulk ceramics in micro-scale abrasion - The role of abrasive shape and hardness and its relevance to testing of ceramic coatings. Wear 263/2007, p. 887-895.
• 6. Gee M. G., Gant A., Hutchings I., et al.: Progress towards standardisation of ball­cratering. Wear 255/2003, p. 1-13.
• 7. EN 1071-6:2007. Advanced technical ceramics - Methods of test for ceramic coatings- Part 6: Determination of the abrasion resistance of coatings by a micro­abrasion wear test.
• 8. Caliskan H., et al. Micro-abrasion wear testing of multilayer nanocomposite TiAlSiN/TiSiN/TiAIN hard coatings deposited on the AISI H1 1 steel. Materials and technology, 2013, 47(5), 563-568, ISSN 1580-2949.
• 9. Cozza C. R.: Effect of sliding distance on abrasive wear modes transition. Journal of Materials Research and Technology, 2015, 4(2):144-150.
• 10. Cozza C. R., Schön G. C.: Evidence of superposition between grooving abrasion and rolling abrasion. Tribology Transactions, 04/2015. DOI: 10.1080/10402004.2015.1024907.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).