Modelowanie i badania eksperymentalne pękania cienkich powłok ceramicznych i węglowych

• Autorzy: Kot M. , Rakowski W. , Major Ł. , Indyka P.

Warianty tytułu

EN

Analysis of fracture of thin ceramic and carbon coatings by modeling and indentation experiments

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Praca zawiera analizę deformacji i naprężeń prowadzących do niszczenia układów powłoka–podłoże przez odkształcenia plastyczne podłoża i pękanie twardych powłok. Do analizy wykorzystano obliczenia numeryczne metodą elementów skończonych oraz wyniki testów indentacyjnych. Badano powłoki ceramiczne TiN oraz węglowe a-C:H nałożone na stalowe podłoża. Określono obciążenia prowadzące do powstawania charakterystycznych form niszczenia oraz towarzyszący im stan naprężeń. Wpływ mikrostruktury powłok na powstawanie i propagację pęknięć badano z użyciem mikroskopii SEM i TEM.

EN

In article consideration about deformations and failure of coating-substrate system by plastic deformation of substrate and coatings fracture were presented. Analysis were based on FEM modelling and spherical microindentation results. Such complex analysis allow to determine critical loads and corresponding stress distribution leading to coatings fracture. Ceramic TiN and carbon a-C:H coatings deposited on X10CrNi 18-8 steel substrates were under consideration. It was found that tensile stress on the coatings surfaces, caused formation of first annular cracks, is ?R = 6.5 i 2.4 GPa for TiN and a-C:H coatings respectively. SEM and TEM microscopic investigations have shown great impact of coating microstructure on trough thickness crack propagation.

Słowa kluczowe

PL

powłoki; pękanie; modelowanie; indentacja

EN

coatings; fracture; modeling; indentation

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2011
• Tom: nr 5
• Strony: 101--108
• Opis fizyczny: Bibliogr. 7 poz., rys.

Twórcy

autor

Kot M.

autor

Rakowski W.

autor

Major Ł.

autor

Indyka P.

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

Bibliografia

• 1. Holmberg K., Matthews A.: Coatings tribology - Properties, mechanisms, techniques and application in surface engineering. Tribology and Interface Engineering Series 56, Elsevier, Oxford 2009.
• 2. Holmberg K., Ronkainen H., Matthews A.: Tribology of thin coatings. Ceramics International, 26 (2000), p. 787-795.
• 3. Michler J., Blank E.: Analysis of coating fracture and substrate plasticity induced by spherical indentors: diamond and diamond-like carbon layers on steel substrates. Thin Solid Films, vol. 381 (2001), p. 119-134.
• 4. Kot M., Rakowski W., Morgiel J., Major Ł.: Metoda wyznaczania nacisku dopuszczalnego w styku skoncentrowanym dla układów powłoka-podłoże. Tribologia, 218(2/2008), s. 285-295.
• 5. Kot M.: Deformacje i pękanie układów powłoka-podłoże przy obciążeniach działających w styku skoncentrowanym. Tribologia, vol. 231 (3/2010), s. 125-134.
• 6. Lackner J.M., Industrially-scaled hybrid pulsed laser deposition at room temperature. Orekop sc., Kraków 2005.
• 7. Tilbrook M.T., Paton D.J., Xie Z., Hoffman M.: Microstructural effects on indentation failure mechanisms in TiN coatings: Finite element simulations. Acta Materialia, vol. 55 (2007), p. 2489-2501.