Nanocomposite carbon-or MoS2-based selflubricating coatings for automotive, aviation and spacecraft industries

• Autorzy: Wendler B. , Moskalewicz T. , Rudnik D. , Zimowski S. , Kot M. , Grobelny M. , Pawlak W. , Rylski A. , Czyrska-Filemonowicz A. , Makówka M. , Nolbrzak P. , Włodarczyk K.

Warianty tytułu

PL

Nanokompozytowe powłoki samosmarujące na osnowie z amorficznego węgla bądź MoS2 dla przemysłu motoryzacyjnego, lotniczego i kosmicznego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Higher performance and reliability, reduced fuel and lubricant consumption as well as a greater solicitude to the earth's environment are nowadays the main driving forces of progress in contemporary automotive, aviation and spacecraft industries. Among the effective solutions of these issues are friction reduction in the powertrains of vehicles as well as mass reduction of engines by means of the replacement of steel parts of engines or other mechanisms by twice lighter ones made from titanium alloys. In the paper, basic information concerning the manufacturing of two types of thick carbon or MoS2-based friction reducing nanocomposite coatings is given and part of the characterization results concerning their microstructure, mechanical and tribological properties as well as the corrosion resistance of nanocomposite nc-WC/a-C and MoS2(Ti,W) coatings deposited by magnetron sputtering onto Vanadis 23 HS steel and hardened Ti6Al4V titanium alloy substrates are presented and discussed. The work was accomplished by an interdisciplinary team of researchers from AGH University of Science and Technology in Krakow, the Motor Transport Institute in Warsaw and of the Lodz University of Technology in the frame of the POIG project KomCerMet (Workpackage KCM3) financed by the Ministry of Science and Higher Education of Poland.

PL

Większa wydajność i niezawodność, niższe zużycie paliwa i smarów, a także większa troska o środowisko naturalne - to dzisiaj główne siły napędowe postępu technicznego w motoryzacji, lotnictwie i przemyśle kosmicznym. Do skutecznych sposobów rozwiązywania tych problemów należą: obniżanie strat energii wskutek tarcia w układach przenoszenia napędu, jak również obniżenie wagi konstrukcji poprzez zastąpienie stalowych elementów mechanizmów i silników dwukrotnie lżejszymi, wykonanymi ze stopów tytanu. W pracy zawarto podstawowe informacje dotyczące wytwarzania dwóch rodzajów grubych nanokompozytowych powłok niskotarciowych na osnowie amorficznego węgla bądź MoS2 osadzonych przez rozpylanie magnetronowe na podłożach ze stali Vanadis 23 i utwardzonego stopu tytanu Ti6Al4V oraz część wyników badań ich właściwości, w szczególności mikrostruktury, właściwości mechanicznych, tribologicznych oraz odporności na korozję, a także dyskusję tych wyników. Badania były wykonane w ramach projektu KomCerMet (pakiet KCM3) przez interdyscyplinarny zespół badawczy złożony z pracowników Akademii Górniczo-Hutniczej, Instytutu Transportu Samochodowego oraz Politechniki Łódzkiej w ramach Programu Operacyjnego POIG, finansowanego przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego.

Słowa kluczowe

EN

nanocomposites; coatings; nc-WC/a-C; MoS2; nanostructure; dry friction; resistance to crossion & wear; protection against galling

PL

nanokompozyty; powłoki; nc-WC/a-C; MoS2; nano/mikrostruktura; tarcie suche; odporność na zużycie i korozję; ochrona przed korozją

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2013
• Tom: R. 13, nr 1
• Strony: 52--58
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Wendler B.

autor

Moskalewicz T.

autor

Rudnik D.

autor

Zimowski S.

autor

Kot M.

autor

Grobelny M.

autor

Pawlak W.

autor

Rylski A.

autor

Czyrska-Filemonowicz A.

autor

Makówka M.

autor

Nolbrzak P.

autor

Włodarczyk K.

• Lodz University of Technology, Institute of Materials Science and Engineering, ul. Stefanowskiego 1, 90-924 Lodz, Poland,

Bibliografia

• [1] Idzior M., Changes in materials technologies for automotive industry provoked by ecology, Metrol. 2007, 9, 72-87 (in Polish).
• [2] Williams J.C., Starke E.A., Jr., Progress in structural materials for aerospace systems. Acta Materialia 2003, 51, 5775-5799.
• [3] Mitterer C., Lechtaler M., Gassner G., Fontalvo G.A., Toth L. et al, Selflubricating chromium carbide/amorphous hydrogenated carbon nanocomposite coatings: a new alternative to tungsten carbide/amorphous hydrogenated carbon, Proc. of the Institution of Mechanical Engineers 223 (J5), suppl. Special Issue on Tribology Research in Austria, Aug. 2009, 751-757.
• [4] Vetter J., Crummenauer J., Barbezat G., Avissar J., Surface treatments of automotive parts research and applications, Vakuum in Forschung und Praxis 2008, 20, 1, 28 May, 47-52.
• [5] Vetter J., Barbezat G., Surface enhancements for automotive applications low friction, hard and corrosion resistant, Sulzer Technical Review 2007, 1, 8-11.
• [6] Vetter J., Crummenauer J., Barbezat G., Avissar J., Surface treatment selections for automotive applications, Surface & Coatings Technology 2005, 200, 1962-1968.
• [7] Gahlin R., Larsson M., Hedenquist P., ME-C:H coatings in motor vehicles, Wear 2001, 249, 302-309.
• [8] Gili F., Mangherini D., Igartua A., Fernandez X., Wendler B., Laboratory screening of novel coating grades applied to key powertrain components, Plenary lecture during the 3rd AIT Workshop of the Italian Association of Engineers in Milano, Italy, 22-23 February 2012.
• [9] Teer D.G., Hampshire J.H., GB Patent 2,258,343 March 1991.
• [10] Teer D.G., Bellido V., GB Patent 2,303,380 (1996).
• [11] Voevodin A.A., O’Neill J.P., Zabinski J.S., Nanocomposite tribological coatings for aerospace applications, Surface and Coatings Technology 1999, 116-119, 36-45
• [12] Wendler B.G., Liskiewicz T., Kaczmarek L., Januszewicz B., Rylska D., Fouvry S., Rylski A., Jachowicz M., in: G. Luetjering, J. Albrecht (Eds.), Oxygen diffusion strengthening of Ti6Al4V alloy in glow discharge plasma. Ti-Science and Technology, Vol. 2, Wiley-VCH, Weinheim 2004, 905-912.
• [13] Wendler B., Danielewski M., Przybylski K., Rylski A., Kaczmarek Ł., Jachowicz M., New type AlMo, AlTi-or Si based magnetron sputtered protective coatings on metallic substrates, Journal of Materials Processing Technology 2006, 175, 427-432.
• [14] Moskalewicz T., Wendler B., Zimowski S., Dubiel B., Czyrska-Filemonowicz A., Microstructure, micromechanical and tribological properties of the nc-WC/a-C nano-composite coatings magnetron sputtered on nonhardened and oxygen hardened Ti-6Al4-V alloy. Surface and Coatings Technology 2010, 205, 2668-2677.
• [15] Pawlak W., Wendler B., Nolbrzak P., Makówka M., Włodarczyk K., Rylski A., Low friction MoS2(Ti,W) coatings deposited by magnetron sputtering, Inżynieria Materiałowa 2010, 3, 418-421.
• [16] Stadelmann P., JEMS Java Electron Microscopy Software, 2004, http://cime.epfl.ch.
• [17] Thornton J.A., Journal of Vacuum Science and Technology 1986, A 4, 3059-3065.
• [18] ISO 14577-1. Metallic materials instrumented indentation test for hardness and material parameters part 1: test method.
• [19] Oliver W.C., Pharr G.M., An improved technique for determining hardness and elastic modulus using load and displacement sensing indentation experiments, Journal of Materials Resources 1992, 7, 1564-83.
• [20] Kot M., Lacki P., Contact mechanics of coating-substrate systems: I - Methods of analysis and FEM modeling of nanoindentation tests, Journal of the Balkan Tribological Association 2012, 18, 598-614.
• [21] Kot M., Moskalewicz T., Wendler B., Czyrska-Filemonowicz A., Rakowski W., Micromechanical and tribological properties of nanocomposite nc-TiC/a-C coatings, Solid State Phenomena 2011, 177, 36-46.
• [22] ISO 20808:2004. Fine ceramics (advanced ceramics, advanced technical ceramics) determination of friction and wear characteristics of monolithic ceramics by ball-on-disc method.
• [23] Kot M., Major Ł., Lackner J., Rakowski W., Analysis of spherical indentations of coating-substrate systems: experiments and finite element modeling, Materials and Design 2013, 43, 99-111.
• [24] Wang J., Analytical Electrochemistry, 2nd Edition, Wiley-VCH, Hoboken 2000.