Mikrostruktura i właściwości cienkich powłok węglowych modyfikowanych wolframem

• Autorzy: Czyżniewski A. , Gulbiński W. , Pancielejko M. , Radnóczi G. , Szerencsi M.

Warianty tytułu

EN

Microstructure and properties of tungsten containing carbon coatings

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań mikrostruktury i właściwości cien-kich powłok węglowych zawierających od 2 do 10% at. wolframu, wytwa-rzanych techniką impulsowego reaktywnego rozpylania magnetronowego w warunkach przemieszczania pokrywanych elementów w komorze robo-czej. Analiza procesu wytwarzania oraz badania z wykorzystaniem elektro-nowej mikroskopii prześwietleniowej pokazały, że cienkie powłoki węglo-we modyfikowane wolframem wytwarzane w takich warunkach mają budo-wę wielowarstwową, tzn. zbudowane są z na przemian ułożonych warstw typu W-C:H o różnej zawartości wolframu. Grubość i jednocześnie liczba warstw składowych w powłokach zależy od prędkości obrotowej stołu sys-temu planetarnego. Średnia zawartość wolframu w powłokach zależy na-tomiast od ilości acetylenu wprowadzanego do atmosfery roboczej. Anali-za rentgenowska wskazuje, że niezależnie od zawartości wolframu, powło-ki wykazują strukturę amorficzną. Badania z wykorzystaniem wysokoroz-dzielczej mikroskopii prześwietleniowej pokazały, że w powłokach wystę-pują krystaliczne wydzielenia, ale o rozmiarach ok. 1 nm. Wyniki badań ra-manowskich potwierdzają obecność w powłokach amorficznej fazy a-C:H. Twardość powłok wzrasta ze wzrostem zawartości wolframu od 8,3 GPa dla zawartości 2% at. do 13,7 GPa dla zawartości 10% at. Najwyższą adhezję i odporność na pękanie wykazują powłoki zawierające średnio ok. 5% at. wolframu. Skojarzenia tarciowe z udziałem badanych powłok charakteryzu-ją się niskim współczynnikiem tarcia (0,04+0,1) oraz wysoką odpornością na zużycie współpracujących elementów.

EN

Reported are results of microstructure, mechanical and tribological proper-ties studies for thin, carbon based films with tungsten content from 2 up to 10 at. %. Studied coatings have been deposited by pulsed, reactive magnetron sputtering at substrates under planetary movement. Resulting coatings, stu-died by TEM, show multilayer structure consisting of sub-layers of W-C:H type, with alternately high and Iow tungsten concentration. Thickness and number of sub-layers depend on rotation speed of planetary substrate holder. An average tungsten concentration decreases with increasing partial pressu-re of reactive gas (C2H2) during deposition. Results of XRD studies reveal amorphous structure of coatings for all tungsten concentrations. Morę insight into the microstructure of coatings gave high resolution TEM analysis sho-wing crystalline precipitations of about 1 nm in size. Raman spectra confirm presence of amorphous, hydrogenated carbon (a-C:H) phase in the coatings. Microhardness of studied films depends on tungsten content and increases from 8.3 GPa for 2 at. % of tungsten up to 13.7 GPa measured for metal rich coatings where tungsten concentration reaches 10 at. %. The best cracking resistance and the highest adhesion was observed for coatings with average tungsten content of 5 at. %. Studied coatings show high wear resistance and Iow friction coefficient between 0.04 and 0.1.

Słowa kluczowe

PL

cienkie powłoki węglowe; wolfram; technika impulsowego reaktywnego rozpylania magnetronowego; właściwości mechaniczne powłok; właściwości tribologiczne powłok; skład chemiczny powłok; struktura powłok

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2009
• Tom: Vol. 30, nr 6
• Strony: 529--532
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Czyżniewski A.

autor

Gulbiński W.

autor

Pancielejko M.

autor

Radnóczi G.

autor

Szerencsi M.

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

Bibliografia

• [1] Galin R., Larsson M., Hedenquist P.: ME-C:H coatings in motor vchiceles. Wear 249 (2001)302-309.
• [2] Czyżniewski A.: Powloki DLC w zastosowaniu do pokrywania elementów maszyn. Inżynieria Materiałowa 6 (137) (2003) 435.
• [3] Grischke M., Bewiloqua 1C., Dimigen H.: Preparation, properties and structure of metal containing amorphous hydrogenated carbon films. Materials & Manufacturing Processes 8 (1993) 407.
• [4] Czyżniewski A., Precht W.: Deposition and some properties of nanocrystallinc, nanocomposite and amorphous carbon based coatings for tribological applications. Journal of Materials Processing Technology 157-158C (2004) 274-283.
• [5] Czyżniewski A.: Deposition and some properties of nanocrystalline WC and nanocomposite WC/a-C:H coatings. Thin Solid Films 433 (1-2) (2003) 180-185.
• [6] Gulbifiski W., Mathur S., Shen H., Suszko T., Gilewicz A., Warcholinski B.: Evaluation of phase, composition, microstructure and properties in TiC/a-C:H thin films deposited by magnetron sputtering. Applied Surface Science 239/3-4 (2005) 302-310.
• [7] Bewilogua K. et al.: Effect of target material on deposition and properties of metal-containing DLC (Me-DLC) coatings. Surface and Coatings Technology 132 (2000) 275-283.
• [8] Carvalho N. J. M., DeHosson J. Th. M.: Microstructure investigation of magnetron sputtered WC/C coatings deposited on steel substrates. Thin Solid Films 388 (2001) 150-159.
• [9] Czyżniewski A.: Wytwarzanie i właściwości cienkich powłok węglowych modyfikowanych wolframem. Inżynieria Materiałowa 6 (166) (2008) 772-775.
• [10] Czyżniewski A.: Preparation and characterisation of a-C and a-C:H coatings deposited by pulsed magnetron sputtering. Surface and Coating Technology 203 (2009) 1027-1033.