Współczesne trendy rozwoju technologii twardych i supertwardych pokryć antyzużyciowych

• Autorzy: Precht W.

Warianty tytułu

EN

Recent advances in hard and superhard anti - wear coating technology

• Konferencja: Krajowa Konferencja ,,Nowe Materiały - Nowe Technologie w Przemyśle Okrętowym i Maszynowym" (III; 28.05 - 01.06.2006; Międzyzdroje, Polska)
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono przegląd aktualnego stanu postępu w wytwarzaniu i zastosowaniu twardych i supertwardych nanostrukturalnych i kompozytowych pokryć antyzużyciowych. Strukturalnie pokrycia te złożone są z dwóch lub więcej faz, tworzących specjalny rodzaj mieszanin, wykazujących bardzo zagęszczoną morfologie. Pokrycia te mogą być supertwarde (Hr > 40 GPa), wykazując równocześnie niskie współczynniki tarcia ( < 0,1) i zużycia (< 10-6 mm3/N.m). W tym przypadku struktura i skład chemiczny substancji granic ziaren wydaje się odgrywać dominującą role. Pokrycia wielowarstwowe (w tym nadstruktury) o grubości kilku warstw atomowych do kilku nanometrów wykazują również wysokie mechaniczne, zwłaszcza trybologiczne właściwości. Aktualnie szereg zmodyfikowanych metod PVD (wspomaganych wiązką elektronową lub jonową lub impulsowe reaktywne rozpylanie magnetronowe) oraz CVD umożliwiają otrzymywanie nanostrukturalnych i kompozytowych pokryć, wykazujących ekstremalne właściwości tribologiczne pokrytych podłoży metalicznych czy ceramicznych. Niektóre z pokryć takie jak nanokrystaliczny diament, diamentopodobny węgiel czy grafit wydzielany z uwodornionych węglików metali MeC:H w procesie tarcia poślizgowego, wykazują właściwości samosmarne, tak cenne w przypadku części maszyn, które nie mogą być smarowane (np. łożyska w urządzeniach przemysłu spożywczego, kosmicznego i bardzo wysokiej próżni). W urządzeniach pracujących w podwyższonych temperaturach istotnym problemem stało się dopracowanie technologii wytwarzania warstw samosmarujących, stabilnych w wysokich temperaturach. Aktualnie wykorzystuje sie badania chemicznych oddziaływań na strukturę i właściwości wytwarzanych warstw tlenkowych w nanokompozytach dla lepszego zrozumienia zjawiska samosmarowania również w podwyższonych temperaturach. Wyniki tych badań, będące podstawą projektowania nanokompozytów nowej generacji, umożliwią poszerzenie przemysłowego wykorzystania opracowanych technologii w szeregu kluczowych przemysłach (elektromaszynowym, elektronicznym, kosmicznym, okrętowym, spożywczym i biomedycznym) tak istotnych dla gospodarki narodowej.

EN

In this work there is provide an overview of recent advances in the production and uses of nanostructured and composite coatings in tribology. Unlike conventional coatings, nanostructured and composite coatings offer a combination of low friction and high wear resistance to sliding surfaces under a wide range of tribological conditions. Structurally, they consist of two or more phases that are mixed in a very special manner to provide a very dense structural morphology. These coatings may be super-hard and exhibit very low friction and wear coefficients. The type of grain-boundary phases seems to play a major role in their hardness and other properties. Multi-layer coatings, with layer thicknesses that range from a few atoms to several nanometers are also available and can provide superior mechanical and tribological properties. At present, several PVD and CVD techniques are available to reliably deposit nanostructured and composite coatings on several metallic and ceramic substrates. Some of the films (such as nanocrystalline diamond, CDC, and DLC) are self lubricating and may provide friction coefficients of less than 0.1, even under very harsh sliding conditions. These films hold promise for a wide range of tribological applications (such as mechanical face seals, MEMS, engine and drivetrain components, and invasive or implantable medical devices). Another important development in the field is the design and production of self-lubricating nanocomposite and multilayered coatings on various tribological components. Because of their low friction, these coatings can be very useful in extreme tribological applications such as aerospace and green manufacturing. For applications that involve high temperatures, the development of thermally stable, self-lubricating coatings is essential. Recently, a crystal-chemical approach was introduced to understand better and classify lubricious oxides or oxide-forming nanocomposites on the basis of their lubrication performance and operational limits at high temperatures. This approach may serve as a basis for the design of novel nanocomposite coatings that can produce the kind(s) of lubricious oxides that are needed on sliding surface at high temperatures.

Słowa kluczowe

PL

pokrycia antyzużyciowe; technologie twardych pokryć; technologie supertwardych pokryć

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2006
• Tom: Vol. 27, nr 3
• Strony: 513--515
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys.

Twórcy

autor

Precht W.

• Akademia Marynarki Wojennej w Gdyni

Bibliografia

• [1] Leyland A. and Matthews A.(2000) On the singnificance of the H/E ratio in wear control: a nanocomposite coating approach to optimised tribological behaviour, Wear, 246, 1-11.
• [2] Veprek S. (2004) Superhard nanocomposities : design concept, properties, present and future industrial applicacions, Eur. Phys. J. App. Phys., 28, 313-317.
• [3] Donnet C. and Erdemir A. (2004) Historical developments and trends in tribological and solid lubricant coatings, Surf. Coat. Technol., 180 - 181, 76-84.
• [4] Erdemir A. (2005) Review of engineered tribological interfaces for improved boundary lubrication, Tribol. Int., 38, 249 - 256.
• [5] Karvankova P., Veprek-Heijman M.G.J. Zindulka, O. Bergmaier, A. and Veprek S. (2003) Superhard nc-TiN/a-BN and nc-TiN/a- TiBx/a-BN coatings prepared by plasma CVD and PVD: a comparative study of their properties, Surf. Coat. Technol., 163- 164, 149-156.
• [6] Mitterer C. and Mayrhofer P.H. (2004) Desing of nanostructured hard coating for optimum performance, Key Eng. Mater., 264- 268, 453-458.
• [7] Precht W., Czyżniewski A., (2003), Surf. Coat. Technol., 174- 175, 979-983.
• [8] Zabiński I.S., Voerodin AA., (1998) J. Vac.Sci. Technology, A16, 1890-1990
• [9] Jeon J. H, Choi S. R, Chung W. S., (2004) Synthesis and characterization of quaternary Ti-Si-C-N coatings prepared by a hybryd depositon technique, Surf. Coat. Technol., 188-189, 415- 419.
• [10] Renevier N.M., Oosterling, H. Konig, U. Dautzenberg, H. Kim, BJ. Geppert, L. Koopmans, F.G. M., and Leopold J. (2003) Performance and limitation of hybrid PECVD (hard coating)- PVD magnetron sputtering (MoS2/Ti composite) coated inserts tested for dry high-speed milling of steel and grey cast iron, Surf. Coat. Technol., 163, 659-667.
• [11]Hovsepian, PEh., Kok, Y.N. Ehiasarin, A.P. Erdemir, A. Wen, J.G and Petrov I. (2004) Structure and tribological behaviour of nanoscale multilayer C/Cr coatings deposited by the combined steered cathodic arc/unbalanced magnetron sputtering technique, Thin Solid Films, 447-448, 7-13.
• [12] Meng W.J., Tittsworth R.C., Jiang J.C., Feng B., Cao D. M., Winkler K, and Palshin V. (2000) Ti atomic bonding environment in Ti-containing hydrocarbon coatings, J. Appl. Phys., 88, 2415-2422.
• [13]Nesladek P. and Veprek S. (2000) Superhard nanocrystalline composites with hardness of diamond, Phys. Stat. Sol. A, 177, 53-62
• [14]Holmberg K, Matthews A. and Ronkainen H. (1998) Coatings tribology - contact mechanisms and surface desing, Tribol. Int., 31, 107-120
• [15] Kanakia M., Owens M. E., and Ling F. F. (1984) in Proceedings of Workshop on Fundamentals of High Temperature Friction and Wear with Emphasis on Solid Lubrication for Heat Engines, Industrial Tribology Institute, Troy, NY, pp. 19-38
• [16] Kanakia M. D. and Peterson M. B. (1987) Literature Review of the Solid Lubrication Mechanisms Interim Report, BFLRF #213, Southwest Research Institute, San Antonio, TX, pp. 6-18.
• [17] Erdemir A. (2000) A crystal-chemical approach to lubrication by solid oxides, Tribol. Lett, 8, 97-102.
• [18]Lugscheider E. Knotek O. Barwulf S. and Bobzin, K. (2001) Characteristic curves of voltage and current and phase generation and properties of tungsten-and vanadium-oxides deposited by reactive d.c.-MSIP-PVD - process for self – lubricating applications, Surf. Coat. Technol. 142-144, 137-142.