Mikrostruktura i właściwości cienkich nanokompozytowych powłok Mo-C:H wytwarzanych metodą impulsowego reaktywnego rozpylania magnetronowego

• Autorzy: Czyżniewski A. , Pancielejko M.

Warianty tytułu

EN

Microstructure and properties of Mo-C:H nanocomposite coatings deposited by pulsed reactive magnetron sputtering

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Cienkie powłoki Mo-C:H wytwarzano metodą impulsowego, reaktywnego rozpylania magnetronowego w warunkach przemieszczania pokrywanych elementów z wykorzystaniem systemu planetarnego. Badania wykazały, że powłoki Mo-C:H wytwarzane w takich warunkach mają budowę wielowarstwową, składającą się z warstw na przemian "bogatych" i "ubogich" w molibden. Poszczególne warstwy mają budowę nanokompozytową zawierającą amorficzną osnowę węglową (a-C:H) i rozproszone w niej nanokrystaliczne wydzielenia węglików molibdenu (MoC) o rozmiarach poniżej 3 nm. Średnią zawartość molibdenu w wielowarstwowej strukturze Mo-C:H zmieniano w zakresie 1,3÷10,3% at. przez zmianę zawartości acetylenu w atmosferze roboczej. Twardość powłok wzrasta ze wzrostem zawartości molibdenu od 7,4 GPa dla zawartości 1,3% at. Mo do 10,2 GPa dla zawartości 10,3% at. Współczynnik tarcia suchego skojarzeń tarciowych z udziałem badanych powłok wzrasta ze wzrostem zawartości w nich molibdenu oraz ze wzrostem wilgotności względnej powietrza, w którym przeprowadzano testy tribologiczne. Najniższy współczynnik tarcia (0,01) wykazują skojarzenia tarciowe powłoka-powłoka, gdy zawartość molibdenu wynosi 1,3÷3,2% at., a wilgotność względna powietrza ok. 5%. Natomiast najwyższy współczynnik tarcia (0,25) mają skojarzenia powłoka-stal łożyskowa przy zawartości molibdenu 10,3% at. i względnej wilgotności powietrza powyżej 90%. Najwyższą odporność na zużycie przez tarcie (kvc < 10-7 mm3/Nm) w całym badanym zakresie względnej wilgotności powietrza wykazują powłoki zawierające 1,3÷3,2% at. molibdenu.

EN

Thin Mo-C:H coatings were deposited by pulsed, reactive magnetron sputtering at substrates under planetary movement. Examinations showed that coatings Mo-C:H produced in such conditions have a multilayered structure consisting of many layers with alternately high and low molybdenum concentration. Individual layers have a nanocomposite structure containing amorphous hydrogenated carbon matrix (a-C:H) and dispersed in it crystalline precipitations of molybdenum carbide (MoC) of sizes below 3 nm. Average content of the molybdenum in the multilayered structure Mo-C:H was being changed in the range 1.3÷10.3 at. % through the change of the content of acetylene in the working atmosphere. The hardness of coatings increases with the rise of the content of the molybdenum from 7.4 GPa for the content 1.3 at. % to 10.2 GPa for the content 10.3 at. %. Coefficient of the dry friction of frictional contacts with the participation of investigated coatings increases with the increase of molybdenum concentration in coatings and with the increase of the relative humidity of air, in which tribological tests were being conducted. The lowest friction coefficient (0.01) are demonstrating coating-coating frictional contacts when the content of the molybdenum amounts 1.3÷3.2 at. %, and relative humidity of air about 5%. The highest friction coefficient (0.25) are demonstrating coating-steel frictional contacts at the content of the molybdenum 10.3 at. % and for the relative humidity of air above 90%. The highest wear resistance (kvc < 10-7 mm3/Nm), in whole examined range of the relative humidity, are showing coatings containing 1.3÷3.2 at. % of molybdenum.

Słowa kluczowe

PL

nanokompozytowe powłoki na bazie węgla; rozpylanie magnetronowe; mikrostruktura; właściwości tribologiczne

EN

carbon based nanocomposite coatings; magnetron sputtering; microstructure; tribological properties

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 31, nr 4
• Strony: 931--934
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Czyżniewski A.

autor

Pancielejko M.

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

Bibliografia

• [1] Grischke M., Bewiloqua K., Dimigen H.: Preparation, properties and structure of metal containing amorphous hydrogenated carbon films. Materials & manufacturing Processes 8 (1993) 407-417.
• [2] Strondl C., Van der Kolk G. J., Hurkmans T., Fleischer, Trinh W., Carvalho N. M., DeHosson J. Th. M.: Properties and characterization of multilayers of carbides and diamond-like carbon. Surface and Coating Technology 142- 144 (2001) 707-713.
• [3] 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.
• [4] Czyżniewski A., Precht W.: Deposition and some properties of nanocrystalline, nanocomposite and amorphous carbon based coatings for tribological applications. Journal of Materials Processing Technology 157-158C (2004) 274-283.
• [5] Czyżniewski A.: Powłoki DLC w zastosowaniu do pokrywania elementów maszyn. Inżynieria Materiałowa 6 (137) (2003) 435.
• [6] Corbella C., Vives M., Pinyol A., Bertran E., Canal C., Polo M. C., Andújar J. L.: Preparation of metal (W, Mo, Nb, Ti) containing a-C :H films by reactive magnetron sputtering. Surface and Coatings Technology 177-178 (2004) 409-414.
• [7] Czyżniewski A.: Wytwarzanie i właściwości cienkich powłok węglowych modyfikowanych wolframem. Inżynieria Materiałowa 6 (166) (2008) 772- 775.
• [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.: Characterisation of transfer layer and wear debris on various counterparts sliding against undoped and doped DLC coatings. Plasma Processes and Polymers 4 (2007) S231-S236.
• [10] Gilmore R., Hauert R.: Control of tribological moisture sensitivity of diamond- like carbon films alloying with F, Ti, Si. Thin Solid Films 398-399 (2001) 199-204.
• [11] Wänstrand O., Larsson M., Hedenquist P.: Mechanical and tribological evaluation of PVD WC/C coatings. Surface and Coatings Technology 111 (1999) 247.
• [12] 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.