The development of surface hybrid technologies as a result of practical industrial applications

• Autorzy: Smolik J. , Mazurkiewicz A.

Warianty tytułu

PL

Rozwój hybrydowych technologii powierzchniowych w oparciu o praktyczne zastosowania przemysłowe

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the results of industrial implementations in the area of hybrid surface treatment technologies obtained at the Institute for Sustainable Technology - National Research Institute (ITeE-PIB) in Radom. Problems generated both at the stage of conducting research in the area of hybrid surface treatment technologies, as well as at the stage of their industrial implementation were discussed. The effective designing scheme of hybrid layer for specific maintenance applications adopted by ITeE-PIB in Radom was described and its efficacy, based on the example of industrial implementations, was proved. Further the properties of the designed and created hybrid layers of the diffusion layer/PVD coating type (morphology, phase structure, chemical composition, adhesion, mechanical properties) and their implementation results in the range of tools working at high, cyclically changeable thermal loading (moulds for pressure aluminum casting), tools working at high mechanical loading and intensive friction (tools for cold plastic treatment) as well as machine cutting tools working in intensive, cyclic mechanical loading conditions (machining moulds) were demonstrated. As a result of the implementation experience gained by the authors, they present a project of the structure, manufacture technology and properties of hybrid layer "nitrided layer/multi-layer coating Cr/CrN" increasing the durability of tools working in complex maintenance conditions, i.e. at high cyclically changeable thermal and mechanical loading, intensive friction and erosion (forging dies). The paper also demonstrates the results of maintenance studies carried out in industrial conditions for forging dies covered with hybrid layer "diffusion layer/multilayer Cr/CrN coating".

PL

W artykule przedstawiono wyniki wdrożeń przemysłowych w zakresie hybrydowych technologii obróbki powierzchni opracowanych w Instytucie Technologii Eksploatacji - Państwowym Instytucie Badawczym w Radomiu. Omówiono problemy generowane zarówno na etapie prowadzenia prac badawczych z zakresu hybrydowych technologii obróbki powierzchni, jak również na etapie ich realizacji przemysłowych. Zaprezentowano przyjęty w ITeE-PIB w Radomiu, efektywny system projektowania warstwy hybrydowej, przeznaczony do specjalnie wymagających zastosowań eksploatacyjnych, którego skuteczność została wykazana na przykładzie wdrożeń przemysłowych. Następnie przedstawiono właściwości zaprojektowanych i wytworzonych warstw hybrydowych typu warstwa dyfuzyjna/powłoka PVD (morfologia, skład fazowy, skład chemiczny, adhezja, właściwości mechaniczne) oraz wyniki ich zastosowań praktycznych, w tym: na narzędziach pracujących przy cyklicznie zmiennych obciążeniach cieplnych (formy do ciśnieniowego odlewania aluminium), na narzędziach pracujących przy dużych i cyklicznie zmiennych obciążeniach mechanicznych oraz intensywnym tarciu (narzędzia do obróbki plastycznej na zimno) oraz na narzędziach pracujących przy wysokich, cyklicznie zmiennych obciążeniach mechanicznych (matryce skrawające). Na podstawie zdobytych doświadczeń autorzy przedstawiają propozycję struktury oraz technologii wytwarzania warstwy hybrydowej typu "warstwa azotowana/wielowarstwowa powłoka Cr/CrN" zwiększającej trwałość narzędzi pracujących w złożonych warunkach eksploatacyjnych, tj. przy wysokich, cyklicznie zmiennych obciążeniach cieplnych i mechanicznych, intensywnym tarciu oraz erozji (matryce kuźnicze). W artykule przedstawiono także wyniki badań eksploatacyjnych przeprowadzonych w warunkach przemysłowych na matrycach kuźniczych pokrytych warstwą hybrydową typu "warstwa dyfuzyjna/powłoka wielowarstwowa Cr/CrN ".

Słowa kluczowe

EN

hybrid surface; treatment technologies; forging dies; multilayer coatings

PL

technologia hybrydowa; obróbka powierzchniowa; matryca kuźnicza; powłoka wielowarstwowa

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe Instytutu Technologii Eksploatacji - Państwowego Instytutu Badawczego
• Czasopismo: Problemy Eksploatacji
• Rocznik: 2010
• Tom: nr 3
• Strony: 105--114
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Smolik J.

autor

Mazurkiewicz A.

• Institute for Sustainable Technology - National Research Institute, Radom, Poland

Bibliografia

• 1. Prengel, H.G., .Pfouts, W.G., Santhanan, A.T.: “State of art in the hard coatings for carbide cutting tools”, Surface and Coatings Technology 102 (1998) 183.
• 2. Lim, C.Y.H., Lau, P.P.T., Lim, S.C.: “Work material and the effectivness of coated tools”, Surface and Coatings Technology 146-147 (2001) 298.
• 3. Merlo,A.M.: “The contribution of surface engineering to the product performance in the automotive industry”, Surface and Coatings Technology 174-175 (2003) 21.
• 4. Hogmmark, S., Jacobson, S., Larsson, M.: “Design and evaluation of tribological coatings”, Wear 246 (2000) 20.
• 5. Donet, C., Erdemir, A.: “Historical developments and new trends in tribological and solid lubricant coatings”, Surface and Coatings Technology 180-181 (2004) 76.
• 6. Mattox, D.M.: “Ion plating - past, present and future”, Surface and Coatings Technology 133-134 (2000) 517.
• 7. Takayasu Sato, Kenichi Sugai, Shizuyo Ueda, Kauji Matsunami, Manabu Yasuoka, “Development of a hybrid coating process as an advanced surface modification for cutting tools and moulds”, Surface and Coatings Technology 169-170 (2003) 45.
• 8. 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”, Surface and Coatings Technology 125 (2000) 134.
• 9. Holleck, H.: “Designing advanced coatings for wear protection”, Surface Engeneering (1991) vol.7 nr2 137.
• 10. Holleck, H.: “Designing advanced coatings for wear protection”, “Surface Engineering & Heat Treatment - Past, Present and Future” Edited by P.H.Morton, Published by The Institute of Metals, 1 Carlton Hause Terrace, London SW1Y 5DB, ISBN:0-901716-01-4, s.312.
• 11. Subramanian, C., Strafford, K.N.: “Review of multicomponent and multilayer coatings for tribological applications”, Wear 165 (1993) 85.
• 12. Romero, J., Esteve, J., Lousto, A.: “Period dependence of hardness and microstructure on nanometric Cr/CrN multilayers”, Surface and Coatings Technology 188-189 (2004) 338.
• 13. Major, L., et al.: “Crystallographic aspects related to advanced tribological multilayers of Cr/CrN and Ti/TiN types produced by pulsed laser deposition (PLD)”, Surface and Coatings Technology 200 (2006) 6190.
• 14. Berger, M., Wiklund, U., Eriksson, M., Engqvist, H., Jacobson, S.: “The multilayer effect in abrasion - optimising the combination of hard and tough phases”, Surface and Coatings Technology 116-119 (1999) 1138.
• 15. Jehn, H.A.: “Improvement of the corrosion resistance of PVD hard coating-substrate system”, Surface and Coatings Technology 125 (2000) 212.
• 16. Han, S., et al.: “The effect of Cr interlayer on the microstructure of CrN coatings on steel”, Thin Solid Films 377-388 (2000) 578.
• 17. Berger, M., Wiklund, U., Eriksson, M., Engqvist, H., Jacobson,S.: “The multilayer effect in abrasion-optimising the combination of hard and tough phases”, Surface and Coatings Technology 116-119 (1999) 1138.
• 18. Lakkaraju, R.K., Bobaru, F., Rohde, S.L.: „Optimization of multilayer wear-resistant thin films using finite element analysis on stiff and compilant substrates”, Journal Vacuum Science and Technology A 24 (1), Jan/Feb (2006) 146-155.
• 19. Gorishnyy, T., Olson, L.G., Oden, M., Aouadi, S.M., Rohde,S.L.: „Optimization of wear-resistant coating architectures using finite element analysis”, Journal Vacuum Science and Technology A 21 (2003) 332-339.
• 20. Lamastra, F.R., Leonardi, F., Montanari, R., Casadei, F., Valente, T., Gusmano,G.: “X-ray residual stress analysis on CrN/Cr/CrN multilayer PVD coatings deposited on different steel substrates”, Surface and Coatings Technology 200 (2006) 6172.
• 21. Miernik, K., Walkowicz, J., Smolik, J., Bujak, J., Brudnias, R., Słomka, Z.: “Budowa i działanie wieloźródłowego urządzenia do nakładania powłok metodami PAPVD”, Problemy Eksploatacji 4 (2000) 303.
• 22. Smolik, J., Gulde, M., Walkowicz, J., Suchanek, J: “Influence of the structure of the composite: nitrided layer/PVD coating” on the durability of forging dies made of steel DIN 1.2367”, Surface and Coatings Technology 180-181 (2004) 506.
• 23. Mazurkiewicz, A.: “Knowledge transfer mechanisms for advanced surface engineering technologies”, International Heat Treatment and Surface Engineering vol.1 no3 (2007) 108-113.