Mikrostruktura, mikrotwardość i odporność na zużycie powłok typu "duplex" (Cr,Si)N/TiN na płytkach skrawających z WC

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

Warianty tytułu

EN

Microstructure, microhardness and wear resistance of "duplex" type (Cr,Si)N/TiN coatings deposited on WC cutting plates

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań mikrostruktury i właściwości mechanicznych powłok typu "duplex" w układzie z wierzchnią (Cr,Si)N (~1 žm) i buforową warstwą TiN (~4 žm), osadzanych na płytkach z węglików spiekanych. Powłoka (Cr,Si)N była nanoszona przy użyciu magnetronu planarnego WMK-50 z wykorzystaniem targetów ze spieków CrSi (do 5% at. Si), a TiN metodą łukową na stanowisku PUSK-83. Obserwacje mikrostruktury wykazały, że powłoki (Cr,Si)N mają bardziej drobnokrystaliczną, kolumnową budowę od nanoszonych w takich samych warunkach powłok CrN. Badania właściwości mechanicznych pozwoliły stwierdzić, że mikrotwardość powłok (Cr,Si)N/TiN przy obciążeniu 20 i 10 mN mieści się w zakresie 24-29 GPa. Badania zużycia powłok w teście "ball on disc", tj. poprzez pomiar wytarcia powierzchni w niesmarowanym styku kula-płaszczyzna wykazały ich odporność zbliżoną do powłok CrN czy TiN. Natomiast badania eksploatacyjne powłok (Cr,Si)N/TiN na płytkach skrawających z WC prowadzone z chłodzeniem emulsją wykazały, że umożliwiają one prawie dwukrotny wzrost trwałości narzędzia w warunkach frezowania oraz czterokrotny w warunkach toczenia. Narzędzia z powłoką typu "duplex" (Cr,Si)N/TiN umożliwiają nawet toczenie materiału bez chłodzenia.

EN

The microstructure and mechanical properties of duplex type (Cr,Si)N/TiN coatings on WC cutting plates were investigated. The hard (Cr,Si)N layer of ~1 žm thickness was deposited using WMK-50 planar magnetron equipped with CrSi (Si < 5 at.%) targets. The buffer TiN layer of 4 žm thickness was deposited using PUSK-83 Arc system. The transmission electron microscopy observations indicated, that all (Cr,Si)N coatings are characterised by columnar microstructure built of much finer crystallites than the CrN one. The microhardness of (Cr,Si)N/TiN estimated using 20-10 mN load showed some scatter within to 24-29 GPa range. The coatings wear resistance analysed with ball-on-disc test showed, that they are comparable with TiN and CrN ones. However, the test by work showed that the (Cr,Si)N/TiN duplex coated WC cutting plates cooled with emulsion show two times and four times longer lifetime in milling and turning processes, respectively, as compared with non-coated plates. The (Cr,Si)N/TiN duplex coated plates also allow dry cutting with reasonable tool lifetime.

Słowa kluczowe

PL

azotek chromu; mikrostruktura; powłoka (Cr,Si)N; powłoka pseudo-duplex; rozpylanie magnetronowe

EN

chromium nitride; microstructure; (Cr,Si)N coating; pseudo-duplex coating; magnetron sputtering

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe Instytutu Technologii Eksploatacji - Państwowego Instytutu Badawczego
• Czasopismo: Problemy Eksploatacji
• Rocznik: 2008
• Tom: nr 4
• Strony: 123--136
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Morgiel J.

autor

Grzonka J.

autor

Mania R.

autor

Zimowski S.

autor

Dąbrowski M.

• Instytut Metalurgii i Inżynierii Materiałowej PAN, Kraków

Bibliografia

• 1. Veprek S., Reiprich S.: A concept for design of novel superhard coatings. Thin Solid Films, 1995, 268, 64-71.
• 2. Li S., Shi Y., Peng H.: Ti-Si-N films prepared by plasma - enhanced chemical vapor deposition. Plasma Chem. Plasma Process, 1992, 12, 287-297.
• 3. Diserens M., Patscheider J., Levy F.: Mechanical properties and oxidation resistance of nanocomposite TiN-SiNx PVD thin films. Surf. Coat. Technol., 1999, 120-121, 158-165.
• 4. Kauffmann F., Baohua J., Dehm G., Gao H., Arzt E.: A quantitative study of the hardness of superhard nanocrystalline titanium nitride/silicon nitride coating. Scripta Materialia, 2005, 52, 1269-1274.
• 5. Veprek S., Mannling H.D., Karvankova P., Prochazka J.: The issue of the reproducibility of superhard nanocomposites with hardness of ≥ 50 GPa. Surf. Coat. Technol., 2006, 200, 3876-3885.
• 6. Ribeiro E. et all.: Effects of ion bombardment on properties of d.c. sputtered superhard (Ti, Si, Al)N nanocomposite coatings. Surf. Coat. Technol., 2002, 151-152, 515-520.
• 7. Louro C., Cavaleiro A.: Hardness versus structure in W-Si-N sputtered coatings. Surf. Coat. Technol., 1999, 116-119, 74-80.
• 8. Nose M., Chiou W.A., Zhou M., Mae T., Meshii M.: Microstructure and mechanical properties of Zr-Si-N films prepared by rf-reactive sputtering. J. Vac. Sci. Technol. A, 2002, 20, 823-828.
• 9. Grzonka J., Morgiel, J., Mania R.: Microstructure of coatings from Cr-Si-N system (wysłano do druku w Journal of Electron Microscopy).
• 10. 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, 570-574.
• 11. Lee H.Y. et al.: The synthesis of CrSiN film deposited using magnetron sputtering system. Surf. Coat. Technol., 2005, 200, 1026-1030.