Structure and mechanical properties of nanocomposite coatings deposited by PVD process onto tool steel substrates

• Autorzy: Lukaszkowicz K. , Mikuła J. , Gołombek K. , Dobrzański L. A. , Szewczenko J. , Pancielejko M.
• Konferencja: Inżynieria Powierzchni, INPO 2008 ( VII; 02-05.12.2008; Wisła-Jawornik, Polska)
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents the research results on the structure and mechanical properties of nanocomposite coatings deposited by PVD process onto the tool steel substrates. The tests were carried out on TiAlSiN, CrAlSiN and AlTiCrN coatings. It was found that the structure of the PVD coatings consisted of fine crystallites, while their average size fitted within the range of 15÷30 nm, depending on the coating type. The coatings demonstrated columnar structure and dense cross-section morphology as well as good adherence to the substrate, the latter not only being the effect of adhesion but also by the transition zone between the coating and the substrate, developed as a result of diffusion and high-energy ion action that caused mixing of the elements in the interface zone. The critical load LC2 lies within the range of 46÷54 N, depending on the coating and substrate type. The coatings demonstrate a high hardness (~40 GPa) and corrosion resistance. The good properties of the PVD nanocomposite coatings make them suitable in various engineering and industrial applications.

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań struktury i własności mechanicznych nanokompozytowych powłok naniesionych w procesie PVD na podłoże ze stali narzędziowych. Badania wykonano na powłokach TiAlSiN, CrAlSiN i AlTiCrN. Stwierdzono, że struktura powłok PVD złożona jest z drobnych krystalitów, a ich średnia wielkość zawiera się w przedziale 15÷30 nm w zależności od rodzaju powłoki. Badane powłoki wykazują strukturę kolumnową oraz strukturę o zagęszczonych krystalitach, jak również dobrą przyczepność do podłoża, o której decyduje nie tylko adhezja, lecz również warstwa przejściowa pomiędzy powłoką a podłożem powstała w wyniku dyfuzji i na skutek działania jonów o dużej energii, powodujących przemieszanie się pierwiastków w strefie połączenia. Obciążenie krytyczne LC2 zawarte jest w przedziale 46÷54 N, w zależności od powłoki i materiału podłoża. Badane powłoki wykazują wysoką twardość (~40 GPa) i odporność korozyjną. Dobre własności nanokompozytowych powłok PVD powodują, że warstwy te są odpowiednie do różnych technicznych i przemysłowych zastosowań.

Słowa kluczowe

PL

właściwości mechaniczne nanokompozytów; proces PVD; stal narzędziowa

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2008
• Tom: Vol. 29, nr 6
• Strony: 732--737
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Lukaszkowicz K.

autor

Mikuła J.

autor

Gołombek K.

autor

Dobrzański L. A.

autor

Szewczenko J.

autor

Pancielejko M.

• Institute of Mechatronics, Nanotechnology and Vacuum Technique, Koszalin University of Technology, Koszalin

Bibliografia

• [1] Dobrzanski L .A., Lukaszkowicz K., Zarychta A., Cunha L.: Corrosion resistance of multilayer coatings deposited by PVD techniques onto the brass substrate, Journal of Materials Processing Technology 164-165 (2005) 816-821.
• [2] Lukaszkowicz K., Dobrzanski L.A.: Structure and mechanical properties of gradient coatings deposited by PVD technology onto the X40CrMoV5-1 steel substrate, Journal of Materials Science 43 (2008) 3400-3407.
• [3] Voevodin A. A., Zabinski J. S., Muratore C.: Recent advances in hard, tough and low friction nanocomposite coatings, Tsinghua Science and Technology 10 (2005) 665-679.
• [4] Yang S. M., Chang Y. Y., Wang D. Y.,Lin D. Y., Wu W. T.: Mechanical properties of nano-structured Ti-Si-N film synthesized by cathodic arc evaporation, Journal of Alloys and Compounds 440 (2007) 375-379.
• [5] Tjong S. C., Chen H.: Nanocrystalline materials and coatings, Materiale Science and Engineering R 45 (2004) 1-88.
• [6] Zhang S., Ali N.: Nanocomposite Thin Films and Coatings, Imperial College Press, London, 2007.
• [7] Veprek S., Veprek-Heijman M. G. J., Karvankova P., Prochazka J.: Different approaches to superhard coatings and nanocomposites, Thin Solid Films 476 (2005) 1-29.
• [8] Donnet C., Erdemir A.: Historical developments and new trends In tribological and solid lubricant coatings, Surface and Coatings Technology 180-181 (2004) 76-84.
• [9] Voevodin A. A., Zabinski J. S.: Nanocomposite and nanostructured tribological materials for space applications, Composites Science and Technology 65 (2005) 741-748.
• [10] Holubar P., Jilek M., Sima M.: Present and possible future applications of superhard nanocomposite coatings, Surface and Coatings Technology 133-134 (2000) 145-151.
• [11] Rafaja D., Poklad A., Klemm V., Schreiber G., Heger D., Sima M.: Microstructure and hardness of nanocrystalline Ti1-x-yAlxSiyN thin films, Materials Science and Engineering A462 (2007) 279-282.
• [12] Carvalho S., Ribeiro E., Rebouta L., Tavares C., Mendonca J. P., Caetano Monteiro A., Carvalho N. J. M., De Hosson J. Th. M., Cavaleiro A.: Microstructure, mechanical properties and cutting performance of superhard (Ti,SiAl)N nanocomposite films grown by d.c. reactive magnetron sputtering, Surface and Coatings Technology 177-178 (2004) 459-468.
• [13] Veprek S.: Conventional and new approaches towards the design of novel superhard materials, Thin Solid Films 97 (1997) 15-22.
• [14] Veprek S.: New development in superhard coatings: the superhard nanocrystalline-amorphous composites, Thin Solid Films 317 (1998) 449-454.
• [15] Rafaja D., Poklad A., Klemm V., Schreiber G., Heger D., Sima M., Dopita M.: Some consequences of the partial crystallographic coherence between nanocrystalline domains in Ti-Al-N and Ti-Al-Si-N coatings, Thin Solid Films 514 (2006) 240-249.
• [16] Behera S. K., Sahu P. K., Pratihar S. K., Bhattacharyya S.: Low temperature synthesis of spherical lanthanum aluminate nanoparticles, Materials Letters 58 (2004) 3710-3715.