Polioptymalizacja powłok przeciwzużyciowych TiAlN i TiN nakładanych metodą PVD na narzędzia do obróbki drewna

• Autorzy: Szparaga Ł. , Ratajski J.

Warianty tytułu

EN

Polioptimization of antiwear TiAlN and TiN coatings, deposited by PVD techniques on tools for wood machining

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy opisana została procedura polioptymalizacyjna wspomagająca proces prototypowania powłok przeciwzużyciowych, opartych na związkach tytanu TiN i TiAlN, nakładanych na narzędzia do obróbki drewna metodą PVD. Celem pracy jest określenie optymalnych grubości nakładanych powłok ze względu na stan naprężeń termicznych. Model fizyczny obiektu (warstwy + podłoże) opisujący stan naprężeń i odkształceń termicznych występujących w warstwach po procesie nakładania, został stworzony z wykorzystaniem MES. Zaproponowana została również metoda analizy zbioru rozwiązań otrzymanych na podstawie przyjętych kryteriów, bazująca na wielowymiarowych metrykach euklidesowych.

EN

In this paper polioptimization procedure assisting the architecture design process of antiwear coatings based on TiN and TiAlN, deposited by PVD techniques on tools for wood machining, is described. The goal of this paper is to determine the optimal layer thickness of deposited coatings in respect of thermal strain and stresses. For physical modelling purposes Cr, TiN and TiAlN layers were treated as a continuous medium, so the physical phenomena occurring in the coating are modelled basing on the classical theory of stiffness. There was proposed occurrence of the intermediate layer between TiAlN and TiN strips which produced continuous change of physical-chemical properties through the coating thickness. The change of material parameters in the transition layer between TiAlN and TiN was modelled using a sigmoidal transition function. A computer model of the object (coating + substrate) describing strains and thermal stresses in layers after the deposition process was created using FEM. A set of dominated and non-dominated solutions for the considered multicriteria optimization problem is shown in Fig. 6. Also a method for analysis of the set of optimal solutions basing on the multidimensional, Euclidean metric was proposed. The functional dependence of the distance values between the points from the criteria space which are the acceptable solutions and the beginning of the coordinate system as a function of decision variables (layer thickness) is shown in Fig. 7. In Tab. 2 four examples of sets of optimal solutions with the values of the tested criteria are given.

Słowa kluczowe

PL

naprężenia termiczne; MES (metoda elementów skończonych); polioptymalizacja; PVD

EN

thermal stresses; FEM; polioptimization; PVD

• Wydawca: Wydawnictwo PAK
• Czasopismo: Pomiary Automatyka Kontrola
• Rocznik: 2011
• Tom: R. 57, nr 9
• Strony: 1055--1058
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab., wzor

Twórcy

autor

Szparaga Ł.

autor

Ratajski J.

• Politechnika Koszalińska, Instytut Mechatroniki Nanotechnologii i Techniki Próżniowej Blok H, ul. Śniadeckich 2, 75-453 Koszalin,

Bibliografia

• [1] Szparaga Ł., Ratajski J., Olik R.: Modelowanie i symulacja numeryczna stanu naprężeń i odkształceń w warstwie wierzchniej noża strugarki do obróbki drewna pokrytego powłoką przeciwzużyciową. Inżynieria Materiałowa 176 (2010) 1249-1254.
• [2] Dobrzański L. A., Śliwa A., Kwaśny W.: Employment of the finite element method for determining stresses in coatings obtained on high-speed steel with the PVD process. Journal of Materials Processing Technology 164-165 (2005) 1192-1196.
• [3] Valle R., Leveque D., Parlier M.: Optimizing substrate and intermediate layers geometry to reduce internal thermal stresses and prevent surface crack formation in 2-D multilayered ceramic coatings Journal of the European Ceramic Society 28 (2008) 711-716.
• [4] Lakkaraju R. K., Bobaru F., Rohde S. L.: Optimization of multilayer wear-resistant thin films using finite element analysis on stiff and compliant substrates. Journal of Vacuum Science & Technology A: Vacuum, Surfaces, and Films 24 (2006) 146-155.
• [5] Śliwa A., Mikuła J., Dobrzański L. A.: FEM application for modelling of PVD coatings properties, Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 41/1-2 (2010) 164-171.
• [6] Śliwa A., Dobrzański L. A., Kwaśny W., Sitek W.: Finite Element Method application for modeling of PVD coatings properties, Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, 27/2 (2008), 171-174.
• [7] Śliwa A., Dobrzański L. A., Kwaśny W., Staszuk M.: Simulation of the microhardness and internal stresses measurement of PVD coatings by use of FEM, Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 43/2 (2010) 684-691.
• [8] Glowinski R., Rodin E. Y., Zienkiewicz O. C.: Energy Methods in Finite Element Analysis. Wiley, New York 1979.
• [9] Kleiber M.: Wprowadzenie do metody elementów skończonych. PWN, Warszawa 1989.
• [10] Bąk R., Burczyński T.: Wytrzymałość materiałów z elementami ujęcia komputerowego. WNT, Warszawa 2001.
• [11] Sawicki A.: Mechanika kontinuum. IBW PAN, Gdańsk 1994.
• [12] Tarnowski W.: Symulacja i optymalizacja w Matlab’ie. Wydawnictwo Fundacja WSM Gdynia, 2001 r.
• [13] Kusiak J., Danielewska-Tułecka A., Oprocha P.: Optymalizacja. PWN, Warszawa 2009.
• [14] Peschel M., Riedel C.: Polioptymalizacja. Metody podejmowania decyzji kompromisowych w zagadnieniach inżynieryjno-technicznych. WNT, Warszawa 1979.