Application of TiN/Si3N4 nanocomposite surface layers in duplex coatings on stainless and high speed steels

• Autorzy: Morgiel J. , Mania R. , Rakowski W. , Wierzchoń T. , Grzonka J. , Pomorska M.

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie nano-kompozytowych wierzchnich warstw TiN/Si3N4 w powłokach duplex na stalach austenitycznych i narzędziowych

• Konferencja: Advanced Materials and Technologies, AMT 2007 : XVIII Physical Metallurgy and Materials Science Conference (XVIII; 18-21.06.2007; Warszawa-Jachranka, Polska)
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The TiN/Si3N4 layers ware deposited on nitrided 316L stainless steel and SW7M high speed steel to form duplex coatings. The 316L was glow discharge nitrided at 450, 460 and 550°C respectively, while SW7M was nitrided at 450°C. The TiN/Si3N4 was formed with magnetron reactive sputtering using TiSi4 (at. %) target and substrate was kept at ~300°C. The microstructure observations indicated that the TiN/Si3N4 layer was built of heavily defected fine columnar nano-crystallites. The maximum coatings micro-hardness was obtained for lowest of applied loading of 20 mN, i.e. 23 and 25,5 MPa for 316L and SW7M respectively, while duplex coatings showed the same 27 MPa for both steels. Only the nitrided and the TiN/Si3N4 coated 316L showed strong wear reduction comparable with high speed steel.

PL

Powłoki TiN/Si3N4 zostały nałożone na azotowane podłoża ze stali austenitycznej 316L oraz stali szybkotnącej SW7M. Azotowanie jarzeniowe stali 316L prowadzono w 450, 460 i 550°C, a SW7M w 550°C. Cienką powłokę TiN/Si3N4 nałożono w reaktywnym procesie magnetronowym z wykorzystaniem tagetu TiSi4 (at. %) utrzymując podłoża w temperaturze ~300°C. Obserwacje mikrostruktury wykazały, że warstwa TiN/Si3N4 zbudowana jest z drobnych, silnie zdefektowanych krystalitów o strukturze kolumnowej. Maksymalną mikrotwardość powłok TiN/Si3N4 uzyskano dla najmniejszego z zastosowanych obciążeń 20 mN, tj. odpowiednio 23 i 25,5 MPa dla 316L i SW7M oraz 27 MPa dla powłok duplex, tj. po azotowaniu. Tylko powłoka duplex na stali 316L (azotowanie 450°C) wykazała znaczące obniżenie zużycia do poziomu, jaki wykazuje stal SW7M.

Słowa kluczowe

PL

powłoki TiN/Si3N4; azotowanie jarzeniowe; stal austenityczna 316L; stal szybkotnąca SW7M

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2007
• Tom: Vol. 28, nr 3-4
• Strony: 686--691
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys.

Twórcy

autor

Morgiel J.

autor

Mania R.

autor

Rakowski W.

autor

Wierzchoń T.

autor

Grzonka J.

autor

Pomorska M.

• Institute of Metallurgy and Materials Science, PAS, 25 Reymonta street, 30-059 Kraków,

Bibliografia

• [1] Veprek. S., Haussmann M., Reiprich A.: Superhard nanocrystalline – amorphous composite materials, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. Vol. 400 (1996) 261-265.
• [2] Patschaider J.: Nanocomposite hard coatings for wear protection, MRS Bulletin (2003) 180-183.
• [3] Shtansky D.V., Lyasotsky I.V., D’yakonova N.B., Kiryukhantsev-Korneev F.V., Kulinich S.A., Levashov E.A. Moore J.J.: Comparative investigation of Ti-Si-N films magnetron sputtered using Ti5Si3+Ti and Ti5Si3+TiN targets. Surface and Coatings Technology Vol. 182 (2004) 204-214.
• [4] Zlatanovic M., Gredic T., Kunosic A., Backovic N., Whittle N., Surface Coating Technology Vol. 63 (1993) 35.
• [5] Bell T., Surf. Eng. 6 (1990) 31.
• [6] Huang W.S., Samandi M., Brandt M.: Evaluation of duplex coatings produced with a pulsed Nd:YAG laser and filtered arc, Surface and Coatings Technology Vol. 153 (2002) 31–39.
• [7] Batista J.C.A., Godoy C., Matthews A., Micro-scale abrasive wear testing of duplex and non-duplex (single-layered) PVD (Ti,Al)N, TiN and Cr–N coatings, Tribology International Vol. 35 (2002) 363–372.
• [8] Rudenja S., Leygraf C., Pan J., Kulu P., Talimets E., Mikli V., Duplex TiN coatings deposited by arc plating for increased corrosion resistance of stainless steel substrates, Surface and Coatings Technology Vol. 114 (1999) 129–136.
• [9] Morgiel J., Major Ł., Grzonka J., Mania R., Rakowski M.: Elaboration of magnetron deposition conditions of TiN/Si3N4 nanocomposite coatings, Maintnence Problems (2006) 33-42.
• [10] Sobiecki J.R., Wierzchoń T.: Corrosion resistance of austenitic stainless steel after low-temperature glow discharge nitriding, Inżynieria Powierzchni 2A (2005) 39-43.
• [11] Kammingaa J.-D., Hoya R., Janssenb G.C.A.M., Lugscheiderc E., Maesc M.: First results on duplex coatings without intermediate mechanical treatment, Surface and Coatings Technology Vol. 174 –175 (2003) 671–676.
• [12] Quaeyhaegens C., Kerkhofs M., Stals L.M., Van Stappen M.: Promissing dvelopments for new applications, Surface and Coatings Technology Vol. 80 (1996) 181–184.
• [13] Lee S.Y.: Mechanical properties of TiNx/Cr1-xN thin films on plasma nitriding-asisted AISI H13 steel, Surface and Coating Technology Vol. 193 (2005) 55-59.
• [14] Morgiel J., Zimowski S., Mania R., Grzonka J., Kot M., Major Ł.: Microstructure and mechanical properties of nanocomposite c-TiN/a-Si3N4 coatings deposited on stainless and high speed steel, AMT 2007 Proceedings.
• [15] Veprek S., Mannling H.D., Karvankova P., Prochazka J.: The issue of reproducibility of deposition of Superhard nanocomposites with Hardness > 50GPa, Surface and Coating technology, in press.
• [16] Wierzchoń T., Ulbin-Pokorska I., Precht W., Sikorski K.: Structure and properties of composite layers produced by combined methods of surface treatment, Proc. 12th IFHTSE Congress (2000) 31-35.