Wpływ zawartości węgla w powłokach CrCN na zużycie cierne - próba optymalizacji

• Autorzy: Warcholiński B. , Gilewicz A. , Olik R. , Lipiński D.

Warianty tytułu

EN

The effect of carbon content in CrCN coatings on abrasive wear - optimization test

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Powłoki CrCN charakteryzują się dobrymi właściwościami przeciwzużyciowymi. Zależą one od zawartości węgla w powłoce. W artykule przedstawiono wynik optymalizacji (metodą analityczną) zawartości węgla w powłoce CrCN, przeprowadzonej dla uzyskania minimalnego zużycia powłoki. Wynik optymalizacji weryfikowano z pomiarami wskaźnika zużycia (wyznaczanego w standardowej metodzie pin-on-disc) powłok jednowarstwowych i wielowarstwowych CrCN/CrN o stałej grubości modułu CrCN+CrN i stosunku podziału warstw w module. Wynikiem optymalizacji jest wyznaczenie przedziału zawartości węgla 9÷14% at. Doświadczalnie potwierdzono, że powłoka CrCN z zawartością węgla w zakresie 10÷13% at. Wykazuje najmniejsze zużycie. Wskaźnik zużycia powłoki jednowarstwowej CrCN wynosi wowczas 4,4.10-7 mm3/Nm. Powłoka wielowarstwowa wykazuje minimum zużycia w podobnym zakresie zawartości węgla (7÷10% at.), a wskaźnik zużycia ma wartość 1,0.10-7 mm3/Nm.

EN

Chromium base coatings, eg. CrCN are excellent protective candidate for wear protection applications due to their high hardness, good wear and oxidation resistance. These properties are dependent on carbon content in the coatings. In this paper the description of carbon content optimization method from the point of view of wear determined in standard pin-on-disc method. The optimization result was verified with wear rate measurements of mono- and multilayer coatings. The multilayer CrCN/CrN coatings architecture were: constant bilayer CrCN+CrN thickness and constant thickness CrCN:CrN ratio and variable carbon content in CrCN layer. It was determined from optimization that the coatings with 10÷13 at. % of carbon content shows minimum wear. It was confirmed by wear tests; the wear rate for monolayer coating is about 4,4.10-7 mm3/Nm. The multilayer coating shows, in this range of carbon content, lower wear rate - 1,0.10-7 mm3/Nm.

Słowa kluczowe

PL

optymalizacja; CrCN; zużycie

EN

optimization; CrCN coating; wear

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 31, nr 4
• Strony: 1280--1282
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Warcholiński B.

autor

Gilewicz A.

autor

Olik R.

autor

Lipiński D.

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

Bibliografia

• [1] Berger M., Wiklund U., Eriksson M., Engqvist H., Jacobson S.: The multilayer effect of abrasion – optimising the combination of hard and touch phases. Surf. Coat. Technol. 116-119 (1999) 1138-1144.
• [2] Almer J., Odén M., Håkansson G.: Microstructure and thermal stability of arc-evaporated Cr-C-N coatings. Phil. Mag. 84 (7/1) (2004) 611-630.
• [3] Gilewicz A., Warcholiński B., Kukliński Z.: Właściwości tribologiczne twardych warstw Cr(C, N) otrzymywanych metodą katodowego odparowania łukowego. Inżynieria Materiałowa 5 (153) (2006) 972-975.
• [4] Warcholiński B., Gilewicz A.: Powłoki przeciwzużyciowe CrN/CrCN na narzędziach do obróbki drewna. Inżynieria Materiałowa 6 (153) (2009) 516-519.
• [5] Jönsson B., Hogmark S.: Hardness Measurement of Thin Films. Thin Solid Films 114 (1984) 257-269.
• [6] Archard J. F.: Contact and rubbing of flat surfaces. J. Appl. Phys. 24 (8) (1953) 981-988.
• [7] Polcar T., Cvrček L., Široký P., Novák R.: Tribological characteristics of Cr(CN) coatings at elevated temperature. Vacuum 80 (2005) 113-116.
• [8] Čekada M., Panjan P., Maček M., Šmid P.: Comparison of structural and chemical properties of Cr-based hard coatings. Surf. Coat. Technol. 151- 152 (2002) 31-35.
• [9] Wang D. Y., Chiu M. C.: Characterization of Cr2O3/CrN duplex coatings for injection molding applications. Surf. Coat. Technol. 137 (2001) 164-169.
• [10] Romero J., Martinez E., Esteve J., Lousa A.: Nanometric chromium nitride/ chromium carbide multilayers by R.F. magnetron sputtering. Surf. Coat. Technol. 180-181 (2004) 335-340.
• [11] Wu Z.L., Lin J., Moore J.J., Lei M.K.: Microstructure, mechanical and tribological properties of Cr-C-N coatings deposited by pulsed closed field unbalanced magnetron sputtering. Surf. Coat. Technol. 204 (2009) 931-935
• [12] Choi E. Y., Kang M. C., Kwon D. H., Shin D. W., Kim K.H.: Comparative studies on microstructure and mechanical properties of CrN, Cr-C-N and Cr-Mo-N coatings. J. Mater. Process. Technol. 187-188 (2007) 566-580.
• [13] Tarnowski W.: Symulacja i optymalizacja w Matlabie. Fundacja WSM Gdynia, Sopot (2001).