Identyfikacja zmian stanu naprężeń w powłokach PVD z wykorzystaniem czujnika przemieszczeń liniowych

• Autorzy: Mydłowska K. , Myśliński P. , Szparaga Ł. , Gilewicz A. , Kamasa P. , Ratajski J.

Identyfikatory

DOI

10.15199/28.2015.1.8

Warianty tytułu

EN

Identification of changes in stress state in PVD coatings using a linear displacement sensor

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule opisano wykorzystanie doświadczalnej metody badawczej opartej na DL TMA z modulacją temperatury do detekcji efektów termomechanicznych w systemach podłoże–powłoka PVD. Przedstawiono rezultaty badania dwóch rodzajów powłok wielowarstwowych CrN/CrCN — z gradientową warstwą przejściową i bez warstwy przejściowej pomiędzy podwarstwami CrN i CrCN na podłożu ze stali SW7M. Zastosowanie modulacji temperatury oraz czujnika przemieszczeń liniowych o odpowiedniej rozdzielczości pozwala na identyfikację różnicy w zmianach właściwości termomechanicznych tych powłok, w szczególności zmian stanu naprężeń. Na podstawie otrzymanych rezultatów było możliwe określenie ich stabilności termicznej, w tym ujawnienie zmian przyczepności powłok. Rezultaty potwierdzają potencjalnie korzystniejsze właściwości eksploatacyjne powłok gradientowych w porównaniu z klasycznymi powłokami warstwowymi. Badana powłoka CrN/CrCN z warstwą przejściową cechuje się wyraźnie większą stabilnością termiczną od powłoki bez warstwy przejściowej.

EN

This paper describes the use of experimental research method based on the modulated temperature DL TMA to detect the thermomechanical effects in substrate–PVD coating systems. The paper presents the results of testing the two types of multilayer coatings — CrN/CrCN with a gradient transition layer and without transition layer between CrN and CrCN on the SW7M steel substrate. The use of temperature modulation and high resolution linear displacement sensor allows identification of the difference in the changes of thermomechanical properties of these coatings, in particular the changes in the stress state. Based on the obtained results it was possible to evaluate their thermal stability and reveal the changes of adhesion of coatings. The results confirm the potentially superior performance characteristics of gradient coatings compared to the classic multilayer coatings. The CrN/CrCN with a transition layer is characterized by a substantially higher thermal stability than the coating without a transition layer.

Słowa kluczowe

PL

przeciwzużyciowe powłoki PVD; naprężenia wewnętrzne; dylatometria; modulacja temperatury

EN

antiwear PVD coatings; internal stress; dilatometry; temperature modulation

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 36, nr 1
• Strony: 37--41
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., rys.

Twórcy

autor

Mydłowska K.

• Centrum Technologii Próżniowo-Plazmowych, Politechnika Koszalińska

autor

Myśliński P.

• Centrum Technologii Próżniowo-Plazmowych, Politechnika Koszalińska

autor

Szparaga Ł.

• Centrum Technologii Próżniowo-Plazmowych, Politechnika Koszalińska

autor

Gilewicz A.

• Centrum Technologii Próżniowo-Plazmowych, Politechnika Koszalińska

autor

Kamasa P.

• Wigner Research Centre for Physics, Research Institute for Solid State Physics and Optics, Hungarian Academy of Sciences

autor

Ratajski J.

• Centrum Technologii Próżniowo-Plazmowych, Politechnika Koszalińska

Bibliografia

• [1] Myśliński P., Szparaga Ł., Gilewicz A., Olik R., Ratajski R.: Dylatometryczna metoda detekcji efektów termomechanicznych w powłokach gradientowych CrCN/CrN. Inżynieria Materiałowa 6 (2013) 773÷776.
• [2] Myśliński P., Kamasa P., Wąsik A.: Aplication of temperature modulated relative dilatometry to determine temperatures of adhesion degradation between ceramic films and substrates. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry 65 (2001) 553÷559.
• [3] Myśliński P., Precht W., Kukiełka L., Kamasa P., Pietruszka K., Małek P.: A possibility of application of MT DIL to the residual stresses analysis. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry 77 (2004) 253÷258.
• [4] Myśliński P., Kamasa P., Gilewicz A., Staśkiewicz J.: Detection of mechanical effects of adhesive thin films on substrate using the modulated– temperature dilatometry (MT DIL). Journal of Thermal Anayslis Calorimetry 88 (2007) 737÷740.
• [5] Myśliński P.: Investigation of the thermal stability of the hard coatings by Modulated Temperature Dilatometry. Vacuum (2009) 757÷760.
• [6] Myśliński P., Gilewicz A., Kamasa P.: Badanie stabilności termicznej adhezyjnych powłok przeciwzużyciowych metodą termomechaniczną. Inżynieria Materiałowa 4 (2010) 1128÷1130.
• [7] Bielawski M., Seo D.: Residual stress development in UMS TiN coatings. Surface & Coatings Technology 200 (2005) 1476÷1482.
• [8] Hultman L.: Thermal stability of nitride thin films. Vacuum 57 (2000) 1÷30.
• [9] Fitz C., Fukarek W., Koltisch A., Moller W.: An instrument for in situ stress measurement in thin films during growth. Surface and Coatings Technology 128-129 (2000) 474÷478.
• [10] Hultman L., Engström C., Birch J., Johansson M. P., Oden M.: Review of the thermal and mechanical stability of TiN base thin films. Zeitschrift für Metallkunde 90 (1999) 803÷813.
• [11] Mitterer C., Mayrhofer P. H., Musil J.: Thermal stability of PVD hard coatings. Vacuum 71 (2003) 279÷284.
• [12] Zeng X. T., Zhang S., Sun C. Q. Liu Y. C.: Nanometric-layred CrN–TiN thin films: mechanical strength and thermal stability. Thin Solid Film 424 (2003) 99÷102.
• [13] Fitz C., Kolitsch A., Fukarek W.: Stress relaxation during annealing of boron nitride films. Thin Solid Films 389 (2001) 173÷179.
• [14] Myśliński P.: Dylatometryczna metoda detekcji efektów termomechanicznych w systemach podłoże–powłoka PVD. Wydawnictwo Uczelniane Politechniki Koszalińskiej (2011).
• [15] Szparaga Ł., Ratajski J.: Modelowanie stanów naprężeń w powłokach TiAlN/TiN/Cr z warstwami przejściowymi. Inżynieria Materiałowa 6 (2012) 622÷625.
• [16] Szparaga Ł., Ratajski J.: Modelowanie ewolucji stanów naprężeń w wielowarstwowej powłoce CrN/Cr za pomocą MES. Inżynieria Materiałowa 4 (2011) 760÷764.
• [17] Ratajski J., Szparaga Ł.: On transition functions and nonlinearity measures in gradient coatings. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 54/1 (2012) 83÷92.
• [18] Szparaga Ł., Ratajski J., Bartosik P., Strain field analysis in nanoindentation test of gradient coatings. Archives of Materials Science and Engineering 64/2 (2013) 219÷227.
• [19] Szparaga Ł., Ratajski J., Zarychta A.: Multi objective optimization of wear resistant TiAlN and TiN coatings deposite by PVD techniques. Archives of Materials Science and Engineering 48/1 (2011) 33÷39.
• [20] Hong-Cai Zhang, Wei Tan, Yong-Dong Li: Effect of the transitional gradient of material property on the mechanical behavior of a non-homogeneous interlayer. Computational Materials Science 42 (2008) 122÷129.
• [21] Mydłowska K.: Identyfikacja stanów naprężeń w cienkich powłokach ochronnych z wykorzystaniem czujnika przemieszczeń liniowych. Praca dyplomowa inżynierska, Politechnika Koszalińska (2013).
• [22] Katalog firmy TESA, Szwajcaria.
• [23] Tsui Y. C., Clyne T. W.: An analytical model for predicting residual stresses in progressively deposited coatings. Thin Solid Films 306 (1997).