(Ti, Al)N films on titanium alloy produced by means of vacuum arc method

• Autorzy: Wieciński P. , Smolik J. , Garbacz H. , Murakami H. , Kurzydłowski K. J.

Warianty tytułu

PL

Powłoki (Ti, Al)N na stopie tytanu Ti-6Al-4V otrzymywane metodą łukowo-próżniową

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper concerns the (Ti, Al)N thin films on Ti-6Al-4V titanium alloy obtained by means of vacuum arc method. Deposited coatings had 3.5÷3.7 um in thickness and were characterized by homogeneous, free of pores and cracks microstructure with nano grains. These coatings exhibit very high hardness, superior resistance to wear, good temperature stability and excellent oxidation resistance. This paper presences the influence of the parameters of vacuum arc process on the deposition rate, chemical composition, surface roughness, volume fracture of micro droplets and mechanical properties of (Ti, Al)N coatings. During microscopic observation, the special attention has been paid on microstructure of the micro droplets. Chemical composition of the coatings were investigated using GDOES technique. The number of micro droplets was calculated from SEM micrographs of the film's surface.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań dotyczące cienkich powłok (Ti, Al)N otrzymanych metodą łukowo-próżniową na stopie tytanu Ti-6Al-4V. Osadzone powłoki, o grubości w przedziale 3,5÷3,7 um, charakteryzowały się jednorodną, nanokrystaliczną mikrostrukturą. Nie zaobserwowano obecności porowatości oraz pęknięć. Powłoki (Ti, Al)N mają bardzo wysoką twardość, doskonałą odporność na zużycie ścierne, dobrą stabilność termiczną oraz bardzo wysoką odporność na utlenianie. W niniejszej pracy badano wpływ parametrów obróbki łukowo-próżniowej na szybkość osadzania, skład chemiczny, obecność fazy kropelkowej, chropowatość powierzchni oraz twardość powłok (Ti, Al)N. Obserwacje mikroskopowe skupiono na scharakteryzowaniu mikrostruktury fazy kropelkowej. Skład chemiczny powłok określono techniką GDOES. Ilość fazy kropelkowej policzono na podstawie obrazów SEM powierzchni powłok.

Słowa kluczowe

EN

(Ti, Al)N; arc method; macrodroplets; TEM

PL

(Ti,Al)N; metoda łukowa; faza kropelkowa; TEM

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 31, nr 3
• Strony: 406--409
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Wieciński P.

autor

Smolik J.

autor

Garbacz H.

autor

Murakami H.

autor

Kurzydłowski K. J.

• Wydział Inżynierii Materiałowej, Politechnika Warszawska,

Bibliografia

• [1] Hovsepian P. Eh., Lewis D. B., Luo Q., Mu¨nz W.-D., Mayrhofer P. H., Mitterer C., Zhou Z., Rainforth W. M: TiAlN based nanoscale multilayer coatings designed to adapt their tribological properties at elevated temperatures. Thin Solid Films 485 (2005) 160-168.
• [2] Holleck H.: Designing advanced coatings for wear protection. Surface Engineering 7 (1991) 137-144.
• [3] Holleck H.: Basic principles of specific applications of ceramic materials as protective layers. Surf. Coat. Technol. 43/44 (1990) 245-258.
• [4] Subramanian C.: Review of multicomponent and multilayer coatings for tribological applications. Wear 165 (1993) 85-95.
• [5] Escudeiro Santana A., Karimi A., Derflinger V. H., Schutze A.: Relating hardness-curve shapes with deformation mechanisms in TiAlN thin films enduring indentation. Materials Science and Engineering A 406 (2005) 11-18.
• [6] Weber F.-R., Fontaine F., Scheib M., Bock W.: Cathodic arc evaporation of (Ti, Al)N coatings and (Ti, Al)NyTiN multilayer coatings correlation between lifetime of coated cutting tools, structural and mechanical film properties. Surf. Coat. Technol. 177-178 (2004) 227-232.
• [7] Santana A.E., Karimi A., Derflinger V.H., Schütze A.: Thermal treatment effects on microstructure and mechanical properties of TiAlN thin films. Tribology Letters 17 4 (2004) 689-696.
• [8] Vetter J.: Vacuum arc coatings for tools: potential and application. Surf. Coat. Technol. 76-77 (1995) 719-724.
• [9] Ikeda T., Satoh H.: Phase formation and characterization of hard coatings in Ti-Al-N system prepared by the cathodic arc ion plating method. Thin Solid Films 195 (1991) 99-110.
• [10] PalDey S. Deevi S. C.: Single layer and multilayer wear resistant coatings of (Ti, Al)N: a review. Mat. Sci. Eng. A342 (2003) 58-79.
• [11] Tönshoff K., Karpuschewski B., Mohlfeld A., Seegers H.: Influence of subsurface properties on the adhesion strength of sputtered hard coatings. Surf. Coat. Technol. 116-119 (1999) 524-529.
• [12] Lee S. H., Ruoo H. J., Lee J. J.: (Ti1–xAlx)N coatings by plasma-enhanced chemical vapor deposition. J. Vac. Sci. Technol. A 12/4 (1994) 1602- 1607.
• [13] Kimura A., Hasegawa Hiroyuki, Yamada Kunihiro, Suzuki Tetsuya: Effects of Al content on hardness, lattice parameter and microstructure of Ti1−xAlxN films. Surf. Coat. Technol. 120-121 (1999) 438-441.
• [14] Cheng Y. H. et. al: Deposition of (Ti, Al)N films by filtered cathodic vacuum arc. Thin Solid Films 379 (2000) 76-82.
• [15] Cheng Y. H. et. al.: Influence of substrate bias on the structure and properties of (Ti, Al)N films deposited by filtered cathodic vacuum arc. J. Vac. Sci. Technol. A 19 (3) May/Jun (2001).
• [16] G.Hakansson et al.: Thin Solid Films 153 (1987) 55.
• [17] Da-Yung Wang et. al.: Deposition of high quality (Ti, Al)N hard coatings by vacuum arc evaporation process. Surface and Coatings Technology 114 (1999) 109-113.
• [18] Vetter J., Burgmer W., Dederichs H. G., Perry Anthony J.: The architecture and performance of compositionally gradient and multilayer PVD coatings. Materials Science Forum 163-165 (1994) 527.
• [19] Freller H., Haesssler H.: TixAl1−xN films deposited by ion plating with an arc evaporator. Thin Solid Films 153 (1987) 67-74.
• [20] Barna P. B. and Adamik M.: Fundamental structure forming phenomena of polycrystalline films and the structure zone models. Thin Solid Films 317 (1998) 27-33.
• [21] Leyens C., Peters M., Kaysser W. A.: Intermetallic Ti-Al coatings for protection of titanium alloys: oxidation and mechanical behavior. Surf. Coat. Technol. 94-95 (1997) 34.
• [22] Lin K. L., Hwang M. Y., Wu C. D.: The deposition and wear properties of cathodic arc plasma deposition TiAlN deposits. Mater. Chem. Phys. 46 (1996) 77-83.
• [23] Lunev V. M., Gvcharenko, V. D., and Khoroshikh, V. M.: Sov. Phys.-Tech. Phys. 47 (7) (1977) 1486-1490.