Duplex type coatings from Ti-Si-N system applied on WC cutting plates

• Autorzy: Mania R. , Morgiel J. , Grzonka J. , Zimowski S. , Dąbrowski M.

Warianty tytułu

PL

Powłoki typu "duplex" z układu Ti-Si-N zastosowane na płytkach frezarskich z WC

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The observations of microstructure as well as the results of work test of duplex type coated WC cutting plates are presented. The buffer hard TiN layer was deposited using PUSK-83 Arc system, while the ultra-hard composite TiN/Si3N4 layer was deposited using WM-50 planar magnetron system equipped with the TiSi4% at. target. The transmission electron microscopy observations indicated that the buffer layer is a columnar, relatively coarse crystalline, while the top layer is characterised also by columnar microstructure but of much finer crystallites. It was confirmed that buffer layer is filling up WC cracks and other surface roughness presenting much better deposition condition for the ultra-hard top layer. The work test showed that duplex coating extends the plates life by 60%. Additionally, the cutting plates' lifetime was correlated with their hardness.

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań eksploatacyjnych płytek frezarskich TPKN 1603PPR SM 25T/P25 wykonanych z węglików spiekanych pokrytych powłoką typu "duplex" złożoną z twardej warstwy buforowej TiN oraz ultratwardej krystaliczno-amorficznej TiN/Si3N4. Warstwa buforowa TiN nanoszona była metodą łukową na stanowisku PUSK-83, a warstwę wierzchnią TiN/Si3N4 naniesiono z użyciem magnetronu planarnego WM-50 ze specjalnym targetem wykonanym ze spieku TiSi4% at. Badania mikrostruktury powłok z użyciem mikroskopu transmisyjnego wykazały, że warstwa buforowa ma znacznie bardziej grubokrystaliczną budowę w stosunku do kompozytowej warstwy wierzchniej. Równocześnie zastosowanie warstwy buforowej TiN prowadzi do wypełnienia pęknięć i zagłębień na powierzchni płytek oraz wygładzenia powierzchni pod warstwę TiN/Si3N4. Płytki z powłoką "duplex" porównywano z takimi samymi pokrytymi jedynie tzw. warstwą buforową TiN, jak też z płytkami bez pokrycia. Potwierdzono istnienie korelacji pomiędzy trwałością ostrzy badanych płytek a twardością naniesionej warstwy oraz możliwość wydłużenia czasu pracy płytek z powłokami typu "duplex" o 60%.

Słowa kluczowe

EN

duplex coating; TiN/Si3N4 layer; WC cutting plate

PL

powłoka duplex; warstwa TiN/Si3N4; płytka skrawająca WC

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe Instytutu Technologii Eksploatacji - Państwowego Instytutu Badawczego
• Czasopismo: Problemy Eksploatacji
• Rocznik: 2006
• Tom: nr 4
• Strony: 81--90
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Mania R.

autor

Morgiel J.

autor

Grzonka J.

autor

Zimowski S.

autor

Dąbrowski M.

• AGH University of Science and Technology, Cracow

Bibliografia

• 1. Veprek S., Reiprich S.: A concept for design of novel superhard coatings. Thin Solid Films, 1995, 268, 64–71.
• 2. Dias A.G., Breda J.H., Mosetto P., Oderlman J.: Devlopment of TiN-Si3N4 nano composite coatings for wear resistance applications. J. de Phys. IV, Colloque C5, Supplement au J. de Physique II, vol. 2, 1995, C5-831–840.
• 3. Musil J., Vlcek J.: Magnetron sputtering of films with controlled texture and grain size. Mater. Chemistry and Physics, 1998, 54, 116.
• 4. Diserens M., Patscheider J., Levy F.: Mechanical properties and oxidation resistance of nanocomposite Ti-SiNx physical-vapor-deposited thin films. Surface and Coatings Technology, 1999, 158, 120–121.
• 5. Patscheider J., Zehnder T., Disernes M.: Structure-performance relations in nanocomposite coatings. Surface and Coatings Technology, 2001, 201, 146–147.
• 6. Patscheider J.: Nanocomposite hard coatings for wear protection. MRS Bulletin, 2003, 28, 180.
• 7. Morgiel J., Mania R., Major Ł., Grzonka J.: Elaboration of magnetron deposited conditions of c-TiN/a-Si3N4 nanocomposite coatings. Problemy Eksploatacji, 2006, 61, 33–42.
• 8. Morgiel J., Mania R., Grzonka J., Major Ł.: Mikrostruktura nanokompozytowych krystaliczno-amorficznych warstw nc-TiN/a-Si3N4 otrzymanych z wykorzystaniem magnetronu. Prace konf. ”Metalurgia 2006”, Kraków, 2006, 793–802 (in Polish).
• 9. Struktura i właściwości mechaniczne powłok nc-TiN/a-Si3N4 nanoszonych techniką magnetronową. Mat. Krakowskiej Konferencji Młodych Uczonych. “Pro Futuro 2006”, Kraków 2006, 105–114 (in Polish).
• 10. Morgiel J. et al.: Microstructure and mechanical properties of nanocomposite nc-TiN/a-Si3N4 coatings on stainless and high speed steels. Inżynieria Materiałowa, (in press).
• 11. Morgiel J. et al.: Application of nanocomposite nc-TiN/a-Si3N4 surface layers in duplex coatings on stainless and high speed steels. Inżynieria Materiałowa, (in press).
• 12. Dąbrowski M., Goszczycka M., Rutkowska A., Mania R.: Przeciw zużyciowe warstwy azotkowe na stalach narzędziowych do pracy na gorąco. Inżynieria Powierzchni, 2006, 25, 25–30 (in Polish).
• 13. Hoy R., Kamminga J., Janssen G.: Scratch resistance of CrN coatings on nitreded steel. Surface and Coatings Technology, 2006, 200, 3856–3860.
• 14. Kamminga J.D. et al.: First results on duplex coatings without intermediate mechanical treatment. Surface and Coatings Technology, 2003, 174–175, 671–676.
• 15. Batista J.C.A., Godoy C., Matthews A.: Micro-scale abrasive wear testing of duplex and non-duplex (single-layered) PVD (Ti,Al)N, TiN and Cr-N coatings. Tribology International, 2002, 35, 363–372.
• 16. Batista J.C.A., Godoy C., Matthews A.: Impact testing of duplex and non-duplex (Ti,Al)N and CrN coatings. Surface and Coatings Technology, 2003, 163-164, 353–361.
• 17. Zhou Q.G. et al.: Corrosion resistance of duplex and gradient CrNx coated H13 steel. Applied Surface Science, 2003, 211, 293–299.
• 18. Lee S.Y.: Mechanical properties of TiNx/Cr1-xN thin films on plasma nitriding-assisted AISI H13 steel. Surface and Coatings Technology, 2005, 193, 55–59.
• 19. Huang S.W., Amandi M., Brandt M.: Evaluation of duplex coatings produced with a pulsed Nd:YAG laser and filtered arc. Surface and Coatings Technology, 2002, 153, 31–39.
• 20. Rudenja S. et al.: Duplex TiN coatings by arc plating for increased corrosion resistance of stainless steel substrates. Surface and Coatings Technology, 1999, 114, 129–136.
• 21. Narayanan T., Krishnaveni K., Seshadri S.K.: Electroless Ni-P/Ni-B duplex coatings: preparation and evaluation of microhardness, wear and corrosion resistance. Materials Chemistry and Physics, 2003, 82, 771–779.
• 22. Dąbrowski M., Mania R., Rutkowska A.: Wielowarstwowe powłoki na płytkach wieloostrzowych z węglików spiekanych. Inżynieria Materiałowa, 2003, 24, 442–444 (in Polish).
• 23. Dąbrowski M., Mania R., Rutkowska A.: Wieloskladnikowe warstwy azotkowe nanoszone techniką łukową na stal szybkotnącą. Ceramics, 2001, 66, 935–940 (in Polish).
• 24. Mania R., Dąbrowski M., Rutkowska A.: Ceramiczne powłoki na narzędziach skrawających. Materiały Ceramiczne, 2004, 66, 71–75 (in Polish).