Nano-crystalline nitride-based coatings produced by pulsed laser deposition

• Autorzy: Major B. , Major Ł. , Morgiel J. , Lackner J.M. , Waldhauser W. , Mróz W. , Wierzchoń T.

Warianty tytułu

PL

Nanokrystaliczne powłoki azotkowe wytwarzane metodą osadzania laserem impulsowym (PLD)

• Konferencja: Advanced Materials and Technologies, AMT'2004 : XVII Physical Metallurgy and Materials Science Conference (XVII; 20-24.06.2004; Łódź, Polska)
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Titanium nitride and chromium nitride thin layers were fabricated by pulsed laser deposition (PLD) using a Nd:YAG laser on ferritic and austenitic steel substrate in nitrogen environment. On-axis and off-axis geometry of deposition was applied. Residual stresses were measured in the TiN phase showing the compressive values in the range of-6 to -8 GPa for the on-axis growth while of about -2.8 GPa for the off-axis position. Texture examinations revealed the {110} <112> main texture component in the substrate while differences were stated in the TiN phase in respect to the geometry of deposition. In the case of on-axis growth, the mostly axial texture with the plane {110} parallel to surface with tendency to the {110|<011> was observed. In the case of the off-axis growth, the very pronounced {112} <223> dominant orientation was stated. TEM examinations performed on thin foils prepared from the cross-section of deposited Cr/CrN/Cr/CrCN multilayer revealed the nano-crystalline structure comprising CrN and CrCN phases together with an amorphous Cr-based phase. Tribological test showed improvement of wear properties of both deposited coatings.

PL

Cienkie powłoki azotku tytanu i azotku chromu zostały naniesione na podłoże ze stali ferrytycznej i austenitycznej przy zastosowaniu metody PLD z wykorzystaniem lasera Nd:YAG. Proces osadzania prowadzono w atmosferze azotu przy równoległym i prostopadłym ułożeniu podłoża do powierzchni tarczy w celu symulacji nakładania warstw na obiekty trójwymiarowe. Pomiar wartości naprężeń własnych ujawnił ściskający charakter naprężeń o wartości -6 do -8 GPa dla przypadku równoległego ułożenia zaś -2.8 GPa dla przypadku gdy materiał pokrywany ułożony był prostopadle do tarczy. Stwierdzono, iż głównym składnikiem tekstury podłoża jest {110}<112>, natomiast tekstura warstwy była uzależniona od ułożenia podłoża względem powierzchni odparowywanej tarczy podczas nakładania. Dla ustawienia równoległego tekstura miała charakter osiowy z płaszczyzną {110} równoległą do powierzchni i z tendencją do tworzenia tekstury typu {110}<011>. W przypadku gdy podłoże ustawione było prostopadle do tarczy dominował składnik {112}<223>. Badania TEM wielowarstwowej powłoki Cr/CrN/Cr/CrCN ujawniły strukturę nanokrystaliczną dla warstw CrN i CrCN, natomiast warstwy Cr posiadały charakter amorficzny. Test zużycia (pin on disc) wykazał, iż obie analizowane powłoki TiN, jak również CrN znacznie obniżają zużycie.

Słowa kluczowe

EN

titanium nitride; chromium nitride; morphology; texture; residual stresses

PL

azotek tytanu; azotek chromu; morfologia; tekstura; powłoka azotkowa; osadzanie laserem impulsowym

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2004
• Tom: R. XXV, nr 3
• Strony: 623--625
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys.

Twórcy

autor

Major B.

• Institute of Metallurgy and Materials Science, Polish Academy of Science, Cracow

autor

Major Ł.

• Institute of Metallurgy and Materials Science, Polish Academy of Science, Cracow

autor

Morgiel J.

• Institute of Metallurgy and Materials Science, Polish Academy of Science, Cracow

autor

Lackner J.M.

• JOANNEUM Research Forschungsgesellschaft mbH, Laser Center Leoben, Niklasdorf, Austria

autor

Waldhauser W.

• JOANNEUM Research Forschungsgesellschaft mbH, Laser Center Leoben, Niklasdorf, Austria

autor

Mróz W.

• Institute of Optoelectronics, Military University of Technology, Warsaw

autor

Wierzchoń T.

• Faculty of Materials Science and Engineering, Warsaw University of Technology, Warsaw

Bibliografia

• [1] D. S. Rickerby, A. Matthews, eds., Advanced Surface Coatings: a Handbook of Surface Engineering, Chapman and Hali, New York,(1991).
• [2] S. J. Bull, D. S. Rickerby and Amitabhjain, The sliding wear of titanium nitride coatings, Surf. Coat. Technol., 41(1990)269.
• [3] S. J. Bull, D. S. Rickerby, Compositional, microstructural and morphological effects on the mechanical and tribological properties of chromium nitrogen films, Surf. Coat. Technol., 43/44(1990)732.
• [4] Y. L. Su, S. H. Yao, Z. L. Leu, C. S. Wei, C. T. Wu, Comparison of tribological behaviour of three films — TiN, TiCN and CrN- grown by physical vapour deposition, Wear 213(1997)165.
• [5] A. Lousa, J. Romero, E. Martinez, J. Esteve, L. Carreras, Multilayered chromium/chromium nitride coatings for use in pressure die-casting, Surf.CoatTechnol., 146-147(2001)268.
• [6] D. B. Chrisey and G. K. Hubler Eds., Pulsed Laser Deposition of Thin Films, John Wiley and Sons (1994).
• [7] J. C. Miller, R. F. Haglund Jr. Eds., Laser Ablation and Desorption, Academic Press, San Diego Vol.30(1998).
• [8] H.-U. Krebs., International Journal of Non-Equilibrium Processing, vol. 10 (1997)3.
• [9] R. Ebner, W.Waldhauser, W.Lenz, Pulsed laser deposition: A new techniąue for coating sheet materials and three-dimensional industrial components, Proc.Materials Week, Munich, 2001.
• [10] B. Major, R. Ebner, Laser applications in surface modification and pulsed laser deposition, Journal of Technical Physics, Special Supplement Vol.XL. No 3, Warszawa (1999)161.
• [11] B. Major, R. Ebner, Titanium-based films deposited using a Nd:YAG pulsed laser; Appl.Phys., A69, 1-3(1999)921.
• [12] B. Major, Ablacja i osadzanie laserem impulsowym, Wydawnictwo Nauk.-Techn. Akapit, Kraków (2001).