Zużycie oraz zachowania tribologiczne powłok Tin wytworzonych metodą PVD na podłożach ze stali HS6-5-2

• Autorzy: Pancielejko M.
• Konferencja: Inżynieria Powierzchni, INPO 2008 ( VII; 02-05.12.2008; Wisła-Jawornik, Polska)
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań tribologicznych powłok węgloazotku tytanu oraz podłoży ze stali szybkotnącej HS6-5-2, na których powłoki były wytworzone. Powłoki TiCN wytworzono jedną z metod PVD - katodowym odparowaniem łukowym, w atmosferze gazów reaktywnych azotu i acetylenu, gdzie udział azotu określano współczynnikiem ?. Powłoki wykazywały mikrotwardość 20÷30 GPa oraz dobrą adhezję do podłoży 50÷70 N, scharakteryzowaną za pomocą siły krytycznej w metodzie rysy. Do testów zużycia zastosowano tribotester wg metody kulka-tarcza. Stosowano 4 rodzaje przeciwpróbek: ceramiczne Al2O3 i Si3N4, ze stali łożyskowej 100Cr6 oraz z żeliwa szarego EN-GJL-250. Zarejestrowano współczynnik tarcia suchego podczas testu oraz wyznaczono wskaźniki zużycia powłok Kw i przeciwpróbek Kk. Najwyższe wartości współczynnika tarcia zarejestrowano podczas testów zużycia podłoża ze stali szybkotnącej HS6-5-2 oraz dla powłok TiN. Podczas badania zużycia powłok TiCN, z małym udziałem azotu (? = 12,5%), zmierzono najniższe wartości wskaźników zużycia Kw i Kk, co miało związek z najniższymi wartościami współczynnika tarcia suchego. Stwierdzono, że ze wzrostem zawartości azotu w powłokach zwiększa się zużycie ścierne powłok i przeciwpróbek. Ślady wytarcia powłok i morfologię zużycia przeciwpróbek po badaniach zużycia obserwowano w elektronowym mikroskopie skaningowym. Dla zobrazowania charakteru i zasięgu zużycia powłok wykonano trójwymiarowe profilogramy 3D śladu wytarcia na profilografometrze skanującym. Badania składu chemicznego EDS, przeprowadzone w poprzek śladów tarcia, po testach zużycia, pozwoliły na analizę mechanizmów zużycia. Zużycie adhezyjne, związane z przemieszczaniem materiału w węźle tarcia, zachodziło pomiędzy próbkami z powłokami TiCN a przeciwpróbkami ze stali 100Cr6 i żeliwa EN-GJL-250. Wykazano, że oprócz zużycia ściernego i adhezyjnego zachodzi również utlenianie, świadczące o zużyciu chemicznym w strefie kontaktu tarciowego. Najintensywniejsze utlenianie zachodziło przy zastosowaniu przeciwpróbek ceramicznych Al2O3 i Si3N4.

EN

The article includes the results of tribological tests on titanium carbonitride films and substrates of HS6-5-2 high speed steel, on which the films were deposited. TiCN films being tested were deposited using one of PVD methods - Cathodic Arc Plasma Deposition under reactive gases nitrogen and acetylene, where the nitrogen fraction was determined using an ? coefficient. The coatings were marked by high microhardness 20÷30 GPa and good adhesion to substrates, determined by the scratch method, critical load was 50÷70 N. Wear tests were carried using a ball-on-disk tribotester on four types of counter-specimens: ceramic Al2O3 and Si3N4, bearing steel 100Cr6 and grey cast iron EN-GJL-250. The dry friction coefficient and wear rate coefficient of coatings Kw and counter-specimens Kk were determined. The highest values of friction coefficient were recorded during the wear tests on substrates of HS6-5-2 high speed steel and TiN films. While testing the wear of TiCN films (? = 12.5%), the lowest values of the wear rate coefficient Kw and the counter-specimen wear rate coefficient Kk were obtained, which was linked with the lowest values of a dry friction coefficient. It was found that the nitrogen content in films increases as the abrasive wear of films and counter-specimen was increasing. The coated specimens worn while testing were subject to linear analyses of chemical composition crosswise the worn groove profile by the EDS metod and observed using scanning electron microscope and 3D profilograph. Examinations of chemical composition (EDS) made across the worn groove profiles after wear tests allowed an analysis of wear mechanisms to be carried out. Significant adhesion wear, linked with dislocation of material, occurred In case of the counter-specimens of 100Cr6 steel and EN-GJL-250 cast-iron. The most intensive wear of ceramic counter-specimens related with oxidation was proceeding when Al2O3 and Si3N4, ceramic counter-specimens were applied.

Słowa kluczowe

PL

stal HS6-5-2; metoda PVD; powłoki TiCN; badanie tribologiczne; wyniki badań

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2008
• Tom: Vol. 29, nr 6
• Strony: 714--718
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys.

Twórcy

autor

Pancielejko M.

• Politechnika Koszalińska, Instytut Mechatroniki, Nanotechnologii i Techniki Próżniowej,

Bibliografia

• [1] Bull S. J., Bhat D. G., Staia M. H.: Properties and performance of commercial TiCN coatings. Part 1: coating architecture and hardness modelling. Surface and Coatings Technology 163-164 (2003) 499.
• [2] Bull S. J., Bhat D. G., Staia M. H.: Properties and performance of commercial TiCN coatings. Part 1: tribological performance. Surface and Coating Technology 163-164 (2003) 507.
• [3] Feng W., Liu C., Chen G., Zhang G., Gu W., Niu E., Yang S.-Z.: Titanium carbonitride films on cemented carbide cutting tool prepared by pulse high energy density plasma. App. Surface Science 253 (2007) 4927
• [4] Klocke F., Krie T.: Coated Tools for Metal Cutting – Features and Applications. Annals of the CIRP Manufacturing Technology 48/2 (1999) 515.
• [5] Lukaszkowicz K., Dobrzański L. A., Staszuk M. Pancielejko M.: Comparison of the PVD gradient coatings deposited onto X40CrMoV5-1 and HS6-5-2 tool steel substrate; Journal of Achievements in Materiale and Manufacturing Engineering 27 (2008) 79.
• [6] Karlsson L., Hultman L, Johanson M. P., Sundgren J.-E., Ljungcrantz H.: Growth, microstructure, and mechanical properties of arc evaporated TiCxN1-x (0 ≤ x ≤ 1) films. Surface and Coatings Technol. 126 (2000) 1.
• [7] Forn A., Picas J. A., Fuentes G. G., Elizalde E.: Mechanical and tribological properties of TiCxN1-x wear resistant coatings. Int. J. of Refractory Metals & Hard Materials 19 (2001) 507.
• [8] Habig K.-H.: Wear behaviour of surface coatings on steels. Tribology International, 89 22, 2 (1989) 65.
• [9] Guu Y. Y., Lin J. F., Ai C.-F.: The tribological characteristics of titanium nitride, titanium carbonitride and titanium carbide coatings. Thin Solid Films 302 (1997) 193.
• [10] Guu Y. Y., Lin J. F.: Analysis of wear behaviour of titaniun carbinitride coatings. Wear 210 (1997) 245.
• [11] Habig K.-H., Meier zu Köcker G.: Posibilities of model wear testing for the preselection of hard coatings for cutting tools. Surface and Coatings Technology 62 (1993) 428.
• [12] Pancielejko M., Precht W., Gilewicz A., Kukliński Z.: „Otrzymywanie oraz właściwości tribologiczne powłok TiCxN1-x”. Materiały XI Międzynarodowej Szkoły Letniej „Modern Plasma Surface Technology” Mielno 10-14.05.1999r., Politechnika Koszalińska (1999) 287.
• [13] Pancielejko M.; Precht W.: Structure, chemical and phase composition of hard titanium carbon nitride coatings deposited on HS 6-5-2 steel. Journal of Materials Processing Technology, 157-158 (2004) 394.
• [14] Matthews A., Leyland A., Holmberg K., Ronkainen H.: Design aspects for advanced tribological surface coatings. Surface and Coatings Technology 100-101 (1998) 1.
• [15] Pancielejko M.: Badanie zużycia warstw TiCN wytworzonych metodą katodowego odparowania łukowego na podłożach ze stali szybkotnącej SW7M; Inżynieria Materiałowa, 5 (2006) 1166.
• [16] Hu Y., Li L., Cai X., Chen Q., Chu P. K.: Mechanical and tribological properties of TiC/amorphous hydrogenated carbon composite coatings fabricated by DC magnetron sputtering with and without sample bias. Diamond & Related Materials 16 (2007) 181.
• [17] Burakowski T., Wierzchoń T.: Inżynieria powierzchni metali, WNT, Warszawa 1995.