Eksperymentalna i teoretyczna analiza zużycia cienkich powłok ceramicznych w styku tribologicznym

• Autorzy: Zimowski S. , Rakowski W.

Warianty tytułu

EN

Experimental and theoretical wear analysis of thin ceramic coatings in tribological contact

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono model służący do prognozowania zużycia cienkich powłok ceramicznych pracujących w styku skoncentrowanym. Opracowany model oparty jest o prawo zużycia Archarda, które uzależnia przyrost objętości materiału usuwanego ze strefy styku w wyniku zużycia od: współczynnika zużycia, nacisków w strefie styku oraz drogi tarcia i przyrostu pola styku. Zarówno w modelu, jak i w testach parę tribologiczną stanowiły kula i płaska powierzchnia. Kula o średnicy 1 mm wykonana z Al2O3 współpracowała z powłoką TiN, dwoma powłokami kompozytowymi typu nc-TiN/a-C oraz powłoką nc-WC/a-C. Na podstawie obserwacji mikroskopowych i analizy profilu bruzdy stwierdzono głównie ścierny charakter zużycia, dominujący w zakresie małych obciążeń, kiedy układ powłoka/podłoże nie ulega znaczącej deformacji. Porównanie wyników badań symulacyjnych z eksperymentalnymi wskazuje, że przyjęty model umożliwia szacowanie zużycia powłok ceramicznych w oparciu o parametry materiałowe oraz warunki tarcia.

EN

The article presents the model used to predict wear of thin ceramic coatings working in tribological contact. The model is based on the Archard wear law and contact mechanics. The cooperation of elements in the ball/plane system in the elastic deformation range was established. Wear simulations were compared with the results obtained from tribological tests in a ball-on-disc machine. The tribological pair consisted of TiN coating or nc-WC/aC and nc-TiN/aC composite coatings as the discs and alumina ball with diameter of 1mm as the counterpart. Microscopic observations and grove profiles analysis shows abrasion as the dominant mechanism of wear. This model allows the estimation of the durability of ceramic coatings based on the mechanical properties of material and friction parameters.

Słowa kluczowe

PL

powłoka ceramiczna; styk tribologiczny; model zużycia

EN

ceramic coatings; tribological contact; wear model

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2011
• Tom: nr 4
• Strony: 263--270
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Zimowski S.

autor

Rakowski W.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

Bibliografia

• 1. Holmberg K., Ronkainen H., Laukkanen A., Wallin K.: Friction and wear of coated surfaces - scales, modelling and simulation of tribomechanisms. Surface and Coatings Technology 202 (2007), p. 1034-1049.
• 2. Meozzi M.: Special use of the ball on disc standard test. Tribology International 39 (2006), p. 496-505.
• 3. Jiaren J., Arnell R.D.: On the running-in behaviour of diamond-like carbon coatings under the ball-on-disk contact geometry, Wear 217 (1998), p. 190.
• 4. Johnson K. L.: Contact Mechanics. Cambridge: Cambridge University Press, 1985.
• 5. Archard J.F.: Contact and rubbing of flat surfaces, Journal of Applied Physics 24 (1953), p. 981-988.
• 6. Welsh N.C.: The dry wear of steels, Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series A 257 (1965), p. 31-50.
• 7. Zimowski S., Rakowski W., Major Ł.: Obciążenie graniczne powłok wielowarstwowych TiN/CrN w styku tribologicznym kula-tarcza. Tribologia v 40, nr 4, 2009, s. 226.
• 8. Piao Z., Xu B., Wang H., Pu Ch.: Effects of thickness and elastic modulus on stress condition of fatigue-resistant coating under rolling contact. J. Cent. Sounth Univ. Technol. 17 (2010), p. 899-905.
• 9. Korsunsky A.M., McGurk M.R., Bull S.J., Page T.F.: On the hardness of coated systems. Surface and Coatings Technology vol. 99 (1998) p.171-183.