Badania wysokotemperaturowej odporności na zużycie ścierne wielowarstwowych powłok AlCrTiN osadzanych metodą łukowo-próżniową

• Autorzy: Bujak J. , Słomka Z.

Warianty tytułu

EN

Investigation of high-temperature resistance to abrasive wear of AlCrTiN multilayer coatings deposited using the cathodic vacuum ARC PVD process

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy zaprezentowano wyniki badań właściwości wielowarstwowych powłok AlCrTiN osadzonych metodą łukowo-próżniową na podłożach ze stali narzędziowej do pracy na gorąco W320. Na podstawie wykonanych prac badawczych określono wpływ budowy strukturalnej wielowarstwowych powłok: Cr/CrN/AlCrN/AlCrTiN i Ti/TiN/AlTiN/AlCrTiN na właściwości mechaniczne i wysokotemperaturową odporność na zużycie ścierne. Wyniki przeprowadzonych testów tribologicznych w warunkach tarcia suchego wykazały podwyższoną odporność na zużycie ścierne w temperaturze 500°C powłoki Cr/CrN/AlCrN/AlCrTiN w porównaniu powłoką Ti/TiN/AlTiN/AlCrTiN. W wyniku wykonanej analizy stwierdzono, iż dobre właściwości przeciwzużyciowe tej powłoki spowodowane są obniżonym poziomem naprężeń oraz podwyższoną opornością na kruche pękanie jej warstw składowych CrN I (Al,Cr)N, użytych do wytworzenia wewnętrznej strefy przejściowej pomiędzy warstwą adhezyjną Cr, a zewnętrzną warstwą funkcjonalną AlCrTiN.

EN

The properties of the AlCrTiN multilayer coatings deposited in the cathodic vacuum arc PVD process on the W 320 hot working tool steel are presented in the paper. An influence of the structure of the multilayer Cr/CrN/AlCrN/AlCrTiN and Ti/TiN/AlTiN/AlCrTiN coatings on their mechanical properties and high-temperature resistance to abrasive wear has been determined. The results of the tribological tests carried out in dry friction show that the Cr/CrN/AlCrN/AlCrTiN coating exhibits an improved resistance to abrasive wear at the temperature of 500ºC, which is better than the Ti/TiN/AlTiN/AlCrTiN coating. It has been proved that it can be attributed to the lower residual stresses and higher toughness of the CrN and AlCrN layers in the Cr/CrN/AlCrN/AlCrTiN coating than the respective ones (TiN and AlTiN) in the Ti/TiN/AlTiN/AlCrTiN coating. The CrN and AlCrN layers constitute an internal transition zone between the Cr adhesion layer and the outer AlCrTiN functional layer in the Cr/CrN/AlCrN/AlCrTiN multilayer coatings.

Słowa kluczowe

PL

powłoki wielowarstwowe AlCrTiN; topografia i morfologia powierzchni powłok; mechaniczne i tribologiczne właściwości wielowarstwowych powłok AlCrTiN; odporność na zużycie wysokotemperaturowe

EN

AlCrTiN multilayer coatings; topography and surface morphology; mechanical and tribological properties; high-temperature wear resistance

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2012
• Tom: nr 6
• Strony: 37--49
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Bujak J.

• Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, ul. Pułaskiego 6/10, 26-600 Radom

autor

Słomka Z.

• Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, ul. Pułaskiego 6/10, 26-600 Radom

Bibliografia

• 1. Bai L., Zhu X., Xiao J., He J., Study on thermal stability of CrTiAIN coating for dry drilling, Surf. Coat. Technol., 201 (2007), pp. 5257-5260.
• 2. Fox-Rabinovich G.S., Yamomoto K., Veldhuis S.C., Kovalev AJ., Dosbaeva G.K., Tribological adaptability of TiAICrN PVD coatings under high performance dry machining condition, Surf. Coat. Technol., 200 (2005), pp. 1804-1813.
• 3. Yamamoto K., Kujime S., Takahara K., Structural and mechanical property of Si incorporated (Ti,Cr,Al)N coatings deposited by arc ion plating process, Surf. Coat. Technol., 200 (2000), pp. 134-140.
• 4. www.platit.com, Platit Compendium, (2012), pp. 1-108.
• 5. 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., 125 (2005), pp. 1383-1390.
• 6. Fox-Rabinovich G.S., Kowalew A.I., Aguire M.H., Beadke B.D., Yamamoto K., Veldhuis S.C., Endrido J.L., Wainstein D.L., Rashkovsky A.Y., Design and performance of TiAIN and TiAICrN caoatings for machining of hard materials, Surf. Coat. Technol. 204 (2009), pp. 489-496.
• 7. Zhou Z.F., Tam P.L., Shum P.W., Li K.Y., High temperature oxidation of CrTiAIN hard coatings prepared by unbalanced magnetron sputtering, Thin Solid Films 517 (2009), pp. 5243-5247.
• 8. Yamamato K., Sato T., Takahara K., Hanaguri K., Properties of (Ti,Cr, Al) N coatings with high Al content deposited by new plasma enhanced arc-cathode, Surf. Coat. Technol. 174-175 (2003), pp. 620-626.
• 9. Cooke K.E., Yang S., Selcuk C., Kennedy A., Teer D.G., Beale D., Development of duplex nitrided sputter ion plated CrTiAlN-based coatings for HI3 aluminium extrusion dies, Surf. Coat. Technol. 188-189 (2004), pp. 697-702.
• 10. Hsu Ch.-H., Chen K.-L., Lin Z.-H., Su Ch.-Y,. Lin Ch.-K., Bias effects on the tribological behavior of cathodic arc evaporated CrTiAIN coatings on ASI 304 stainless steel, Thin Solid Films 518 (2010), pp. 38243-3829.
• 11. Santana A.E., Karimi A., Derflinger V.H., Schutze A., Microstructure and mechanical behavior of TiAICrN multilayer thin films, Surf. Coat. Technol., 177-178 (2004), pp. 334-340.
• 12. Fox-Rabinovich G.S., Yamomoto K., Veldhuis S.C., Kovalev A.J., Shuster L.S., Ning L., Self-adaptive wear behavior of nano-multilayered TiAlCrNAVN coatings under severe machining condition, Surf. Coat. Technol., 201 (2006), pp. 1852--1860.
• 13. Holleck H., Schier V., Multilayer PVD coatings for wear protection. Surf. Coat. Technol. 76-77 (1995), pp. 330-331.
• 14. Anders S., Anders A., Yu K.M., Yau X.Y., Brown I.G., On the microparticle flux from vacuum arc cathode spots, IEEE Trans. Plasma Sci., 21 (1993), pp. 440-446.
• 15. www.matweb.com.
• 16. Le Bourhis E., Goudeau P., Staia M.H., Carrasquero E., Puchi-Cabrera E.S., Mechanical properties of hard AICrN-based coated substrates Surf. Coat. Technol., 203 (2009), pp. 2961-2968.
• 18. Fox-Rabinovich G.S., Beake B.D., Endrino J.L., Veldhuis S.C., Parkinson R., Shuster L.S., Migranov M.S., Effect of mechanical properties measured at room and elevated temperatures on the wear resistance of cutting tools with TiAIN and AICrN coatings, Surf. Coat. Technol., 200 (2006), pp. 5738-5742.
• 19. Chang Y.-Y., Yang S.-J., Wang D.-Y., Structural and mechanical properties of AlTiN/CrN coatings synthesized by a cathodic-arc deposition process, Surf. Coat. Technol., 201 (2006), pp. 4209-4214.