Utwardzanie powierzchniowe metali przez ich pokrywanie bardzo cienkimi wielokrotnymi warstwami - supersieciami Cu/Ni i Ti/Cr.

• Autorzy: Wolkenberg A. , Tokarz A. , Bochenek A. , Banaszkiewicz A. , Wrzesińska H. , Dudek A.

Warianty tytułu

EN

Surface hardening of metals by very thin multilayer coatings with superlattices of Cu/Ni and Ti/Cr.

• Konferencja: IV Ogólnopolska Konferencja Naukowa 'Obróbka powierzchniowa', 5-8 października 1999 r., Kule k/Częstochowy
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Właściwości elektrofizyczne bardzo cienkich warstw materiałów o grubości kilkuatomowej są zasadniczo różne od właściwości objętościowych tych materiałów. W literaturze naukowej jest znany wzrost twardości czystych metali w postaci wielokrotnych warstw o grubości atomowej. Podawane są wypadkowe twardości tzw. supersieci metali przekraczające twardość obu metali składowych. Dlaczego supersieci wykazują tak wielką twardość jest na razie sprawą do ustalenia. Jedna z hipotez mówi, że materiały w postaci supersieci tłumią na powierzchniach granicznych pomiędzy nimi ruch dyslokacji będących źródłem obniżonej wytrzymałości na odkształcenia materiałów. W jednym z modeli wyjaśnia się, że wokół dyslokacji atomy są umiejscowione w położeniach odbiegających od położeń właściwych dla sieci bez dyslokacji. Atomy te mają energię naprężeń proporcjonalną do wielkości modułu na ścinanie dla tego materiału. A zatem jeśli dyslokacje wędrują w kierunku warstwy z wyższym modułem na ścinanie to wzrasta energia naprężeń, tworzy się bariera utrudniająca ruch dyslokacji na powierzchni granicznej. Występuje siła odpychająca gdy dyslokacja z materiału o niższym module na ścinanie Gb wędruje w kierunku materiału o większej wartości modułu na ścinanie Ga. Siła krytyczna Q zdolna przesunąć dyslokację przez barierę międzypowierzchniową jest Q=; Ga-Gb/Ga+Gb. A zatem supersieci, dla których różnica (Ga-Gb) jest duża wykazują znaczny wzrost siły krytycznej Q co objawia się znacznym wzrostem twardości wielowarstwy. Badano otrzymywane metodą elektrochemiczną, supersieci Cu/Ni i Ti/Cr o różnej wartości okresu supersieci Lambda, Lambda jest równe sumie grubości warstw z metalu a i metalu b(Lambda=2-10 nm). Dla supersieci wymienionych metali nakładanych na podłoża miedziane uzyskano wzrost twardości około dwukrotny.

EN

We describe a method to obtain high-hardness coatings in which a repeating layered structure of two materials with nanometer-scale dimensions are electrochemically deposited onto the surface. The structures are called superlattices. The Cu/Ni superlattice, for example, consists of alternating layers of Cu and Ni. Superlattice is characterised by the distance between each successive pair of layers, Lambda, which is known as the bilayer repeat period. We obtain distinct hardening of the superlattices of Cu/In and It/Kr in comparison with the bulk properties of these metals alone. The possible explanation of that behaviour is that interfaces between the layers would act as barriers to the motion of dislocations, which are the line defects that are mainly responsible for the plastic deformation of crystalline solids. The difference between shear modulus of both metals influences on energy barrier for move of dislocations between two metals what is the origin of surface hardening. We have measured the Lambda values by X-ray technique and increase of surface hardness by specially prepared microhardness measuring equipment.

Słowa kluczowe

PL

utwardzanie powierzchniowe; cienka warstwa; warstwa wielokrotna; supersieć; odkształcenie plastyczne; dyslokacja; miedź; nikiel; tytan; chrom

EN

surface hardening; thin coating; multilayer coating; superlattice; plastic deformation; dislocation; copper; nickel; titanium; chromium

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 1999
• Tom: R. XX, nr 5
• Strony: 531--533
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Wolkenberg A.

• Instytut Inżynierii Materiałowej, Wydział Metalurgii i Inżynierii Materiałowej P. Cz

autor

Tokarz A.

• Instytut Inżynierii Materiałowej, Wydział Metalurgii i Inżynierii Materiałowej P. Cz

autor

Bochenek A.

• Instytut Inżynierii Materiałowej, Wydział Metalurgii i Inżynierii Materiałowej P. Cz

autor

Banaszkiewicz A.

• Katedra Chemii, Wydział Metalurgii i Inżynierii Materiałowej P. Cz

autor

Wrzesińska H.

• Instytut Technologii Elektronowej W-wa.

autor

Dudek A.

• Instytut Inżynierii Materiałowej, Wydział Metalurgii i Inżynierii Materiałowej P. Cz

• Politechnika Częstochowska, Wydział Metalurgii i Inżynierii Materiałowej

Bibliografia

• [1] S. Bamett, A. Madan, Superhard Superlattices, Physics World, 11, nr. 1, 45 (1998)
• [2) A. Wolkenberg, Wybrane problemy materiałowe i pomiarowe - badawcze przemysłu półprzewodnikowego, Wyd . Pol.Częstochowskiej, Częstochowa ( 1998)
• [3] A.Tokarz, A.Wolkenberg, J.Dudek, Fizyczne własności cienkich, naprzemiennych warstw metali otrzymywanych metodą elektrochemiczną, XXVI Szkoła Inżynierii Materiałowej, Kraków - Zakopane, str. 103-106, 6-9 październik (1998)
• [4]I. K. Schuller, Superconductivity, Strain yourself, Nature, 394, 419 (1998)
• [5] X.Chu, S.A Barnett, J. AppI. Phys., Model of superlattice yield stress and hardness enhancements, 77.4403 (1995)
• [6] W.D.Sproul, New routes in the preparation mechanically hard films, Science, 273,889 (1996)
• [7] D.Simunowich, M.Schesinger, D.D.Snyder, Electrochemically Layered Copper-Nickel Nanocomposites with enhanced hardness, J. Electrochem. Soc., 141, L10 (1994)
• [8] Dong i inni: Structure and hardness studies of CNx/TiN nanocomposite coatings, Appl. Phys. Lett. 68, 12 11 (1996)
• [9] A.Banaszkiewicz, A.Tokarz, J.Ujma, A.Wolkenberg, Wielokrotne magneto-czułe super-sieci miedzi i niklu otrzymywane elektrochemicznie, Konferencja Inżynieria Materiałowa 96', Gdańsk (1996)
• [10] A.Tokarz, A.Banaszkiewicz, A.Wolkenberg, GMR in Cu/Ni multilayers obtained by electrochemical method, National Symposium on Crystalline Microstructures Poznań 2-4 VII (1997)
• [11] A.Tokarz, A.Banaszkiewicz, A.Wolkenberg, Supersieci miedzi i niklu otrzymywane elektrochemicznie jako czujniki pola magnetycznego, Juniormat '97, Brno-Czechy, 23-24 IX 1997.
• [12] T.Żak, Podstawowe pojęcia chemiczne i galwanotechniczne, w Poradnik Galwano-technika, WNT-Warszawa, ( 1985)
• [13] Bird K. D., Schlesinger M., Giant magnetoresistance in electrodeposited Ni/Cu and Co/Cu multilayers, J. Electrochem. Soc., 142, L65 (1995)