Characterisation of TiB2 nanocrystalline coating on the Cr-Ni-Mo austenitic steel

• Autorzy: Moskalewicz T. , Cempura G. , Kot M. , Lofaj F. , Czyrska-Filemonowicz A.

Warianty tytułu

PL

Charakterystyka nanokrystalicznej powłoki TiB2 na stali austenitycznej Cr-Ni-Mo

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Micro/nanostructure of 1.1 um thick TiB2 coating deposited on a model Cr-Ni-Mo austenitic steel by magnetron sputtering was characterised by scanning and transmission electron microscopy as well as by X-ray diffractometry. The 50 nm thick amorphous interlayer was applied for increasing a coating adhesion to the substrate. High-resolution transmission electron microscopy revealed a presence of fine TiB2 nanocrystals with size in the range of 2÷7 nm in the coating. The compressive residual stresses (-396 MPa) were present within the coating, while tensile residual stresses (598 MPa) were present within the substrate. The coating showed much higher hardness than the substrate, 30.3 GPa and 3.7 GPa, respectively. The applied surface processing enhanced alloy wear resistance and decreased its friction of coefficient.

PL

Nanokrystaliczną powlokę TiB2 wytworzono na modelowej stali austenitycznej Cr-Ni-Mo metodą rozpylania magnetronowego. Grubość powłoki wynosiła 1,1 um. W celu poprawy przyczepności powłoki do podłoża osadzono amorficzną warstwę przejściową o grubości 50 nm. Badania mikro/nanostruktury powłoki za pomocą skaningowej i transmisyjnej mikroskopii elektronowej oraz dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego wykazały, że powłoka zbudowana jest z fazy TiB2. Metodą wysokorozdzielczej transmisyjnej mikroskopii elektronowej stwierdzono występowanie w powłoce nanokrystalitów TiB2 o średnicy w zakresie 2÷7 nm. W powłoce występowały naprężenia ściskające o wartości -396 MPa, natomiast w podłożu naprężenia rozciągające o wartości 598 MPa. Powłoka charakteryzuje się dużo większą twardością od podłoża, odpowiednio 30,3 GPa i 3,7 GPa. Stwierdzono, że zastosowana obróbka powierzchniowa poprawia odporność stali na zużycie przez tarcie i zmniejsza jej współczynnik tarcia.

Słowa kluczowe

EN

microstructure; TiB2 coating; magnetron sputtering

PL

mikrostruktura; powłoka TiB2; rozpylanie magnetronowe

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 32, nr 4
• Strony: 600--603
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys.

Twórcy

autor

Moskalewicz T.

autor

Cempura G.

autor

Kot M.

autor

Lofaj F.

autor

Czyrska-Filemonowicz A.

• Faculty of Metals Engineering and Industrial Computer Science, AGH University of Science and Technology,

Bibliografia

• [1] Prakash B., Richter E., Pattyn H., Celis J. P.: Ti-B and Ti-B-C coatings deposited by plasma immersion ion implantation and their fretting behavior. Surface & Coatings Technology 173 (2003) 150÷160.
• [2] Berger M., Coronel E., Olsson E.: Microstructure of d.c. magnetron sputtered TiB2 coatings. Surface & Coatings Technology 185 (2004) 240÷244.
• [3] Mikula M., Grančič B., Roch T., Plecenik T., Vávra I., Dobročka E., Šatka A., Buršíková V., Držík M., Zahoran M., Plecenik A., Kúš P.: The influence of low-energy ion bombardment on the microstructure development and mechanical properties of TiBx coatings. Vacuum 85 (2011) 866÷870.
• [4] Berger M., Larsson M., Hogmark S.: Evaluation of magnetron-sputtered TiB2 intended for tribological applications. Surface & Coatings Technology 124 (2000) 253÷261.
• [5] Berger M., Karlsson L., Larsson M., Hogmark S.: Low stress TiB2 coatings with improved tribological properties. Thin Solid Films 401 (2001) 179÷186.
• [6] Stadelmann P.: JEMS Java Electron Microscopy Software (2004) http:// cimewww.epfl.ch/
• [7] Oliver W. C., Pharr G. M.: An improved technique for determining hardness and elastic modulus using load and displacement sensing indentation experiments. Journal of Materials Research 7 (1992) 1564÷1583.
• [8] Baczmański A., Braham C., Seiler W., Shiraki N.: Multi-reflection method and grazing incidence geometry used for stress measurement by X-ray diffraction. Surface & Coatings Technology 182 (2004) 43÷54.
• [9] Spaepen F.: Interfaces and stresses in thin films. Acta Materialia 48 (2000) 31÷42.
• [10] Czyrska-Filemonowicz A., Buffat P. A., Łucki M., Moskalewicz T., Rakowski W., Lekki J., Wierzchon T.: Transmission electron microscopy and atomic force microscopy characterization of titanium-base alloys nitrided under glow discharge. Acta Materialia 53 (2005) 4367÷4377.
• [11] Erdemir A., Halter M., Fenske G. R.: Preparation of ultralow-friction surface films on vanadium diboride. Wear 205 (1997) 236÷239.
• [12] Erdemir A., Bindal C., Zuiker C., Savrun E.: Tribology of naturally occurring boric acid films on boron carbide. Surface & Coatings Technology 86-87 (1996) 507÷510.