Optimization of the heat treatment and tribological properties of 2024 and 7075 aluminium alloys

• Autorzy: Kaczmarek Ł. , Stegliński M. , Sawicki J. , Świniarski J. , Batory D. , Kyzioł K. , Kołodziejczyk Ł. , Szymański W. , Zawadzki P. , Kottfer D.

Warianty tytułu

PL

Optymaliza obróbki cieplnej i właściwości tribologicznych stopów aluminium 2024 i 7075

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper describes two stages of optimization of the properties of 2024 and 7075 aluminium alloys, in particular their resistance to pitting by first T6, T6I6 or T6I4 treatment, and second increase its tribological properties by depositing by RF PACVD method a gradient coating of high adhesion to the substrate. Quantitative microstructural characteristics reveals that it is possible to increase hardness (up to 190HV for 7075 alloy) with relatively high yield strength (520 MPa) and high ultimate elongation (about 20%) by optimizing dispersion of precipitates using two-stage artificial aging process. Next to eliminate forming of thin Al2O3 layer with relatively poor adhesion to the aluminium substrate, gradient a-C: H/Ti layers synthesis hybrid plasma chemical RF PACVD reactor equipped with pulsed magnetron sputtering system was used. Using such configuration enables forming a thick and highly adherent diamond-like carbon layer on aluminium surface with low coefficient of friction (0.05), at a substrate temperature below 470K. Due to application of Ti magnetron cathode it was possible to improve the adhesion strength up to 30mN of diamond-like carbon layer to the covered substrate. Influence of deposition parameters on microhardness profile as well as adhesion and morphology were determined by nanotest and AFM, respectively.

PL

W niniejszym artykule przedstawiono wyniki badań doboru parametrów dwuetapowego procesu obróbki cieplnej stopów aluminium, w szczególności podwyższenia odporności na pitting poprzez zastosowanie obróbki T6, T6I4 lub T6I6 oraz odporności na zacieranie poprzez osadzenie metodą RF PACVD warstw gradientowych o wysokiej adhezji do podłoża. Przeprowadzona analiza wyników badań dowodzi, że istnieje możliwość podwyższenia twardości (nawet do 190 HV dla stopu 7075) przy relatywnie wysokiej jego granicy plastyczności (520 MPa) i wysokim wydłużeniu przy zerwaniu (20%) na drodze optymalizacji dyspersji wydzieleń poprzez zastosowanie dwuetapowego starzenia. W celu wyeliminowania tworzenia się cienkiej warstwy Al2O3 charakteryzującej się relatywnie niska adhezja do podłoża osadzono, przy pomocy reaktora RF PACVD wyposażonego w źródło rozpylania magnetronowego, gradientową powłokę a-C: H/Ti. Zastosowanie niniejszej konfiguracji umożliwiło w temperaturze poniżej 470K wytworzenie na podłożu aluminiowym cienkiej, dobrze przylegającej powłoki weglowej charakteryzującej się niskim współczynnikiem tarcia (0.05). Zastosowanie tytanowej katody magnetronowej umożliwiło osiągnięcie wartości adhezji powłoki węglowej do podłoża na poziomie 30 mN. Wpływ parametrów osadzania zarówno na profil mikrotwardości jak i adhezje oraz morfologie przebadano przy użyciu technik nanoindentacji oraz Mikroskopu Sił Atomowych.

Słowa kluczowe

EN

aluminium alloy; heat treatment; coating; friction coefficient

PL

stop aluminium; obróbka cieplna; powłoki; współczynnik tarcia

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 58, iss. 2
• Strony: 535--540
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kaczmarek Ł.

• Institute of Material Science and Engineering, Technical University of Łódź, ul. Stefanowskiego 1/15, 90-924 Łódź, Poland

autor

Stegliński M.

• Institute of Material Science and Engineering, Technical University of Łódź, ul. Stefanowskiego 1/15, 90-924 Łódź, Poland

autor

Sawicki J.

• Institute of Material Science and Engineering, Technical University of Łódź, ul. Stefanowskiego 1/15, 90-924 Łódź, Poland

autor

Świniarski J.

• Technical University of Łódź, Department of Strenght of Materials and Structures, Stefanowskiego 1/15, 90-924 Łódź, Poland

autor

Batory D.

• Institute of Material Science and Engineering, Technical University of Łódź, ul. Stefanowskiego 1/15, 90-924 Łódź, Poland

autor

Kyzioł K.

• Faculty of Materials Science and Ceramics, AGH University of Science and Technology, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland

autor

Kołodziejczyk Ł.

• Institute of Material Science and Engineering, Technical University of Łódź, ul. Stefanowskiego 1/15, 90-924 Łódź, Poland

autor

Szymański W.

• Institute of Material Science and Engineering, Technical University of Łódź, ul. Stefanowskiego 1/15, 90-924 Łódź, Poland

autor

Zawadzki P.

• Institute of Material Science and Engineering, Technical University of Łódź, ul. Stefanowskiego 1/15, 90-924 Łódź, Poland

autor

Kottfer D.

• Department of Technologies and Materials, Faculty of Mechanical Engineering, Technical University in Košice, Masiarska 74, 040 01 Košice

Bibliografia

• [1] R. N. Lumley, J. Buha, I. J. Polmear, A. J. Morton, A. G. Crosky, Mat. Sci. Forum 519-521, 283-290 (2006).
• [2] R. N. Lumley, I. J. Polmear, A. J. Morton, International Patent Application PCT/AU02/00234 (2002).
• [3] R. J. Rioja, Materials Science and Engineering A257, 100-107 (1998).
• [4] R. N. Lumley, C. South, I. J. Polmer, M. A. North, A. J. Morton, United States Patent Application 20030041934 (2003).
• [5] P. Uliasz, T. Knych, A. Mamala, Archives of Metallurgy and Materials 54, 711-721 (2009).
• [6] J. C. Williams, E. A. Starke, Acta Materialia 51, 5775-5799 (2003).
• [7] Funatani K La Metallurgia Italiana 2, 67-73 (2006).
• [8] M. A. Salazar-Guapuriche, Y. Y. Zhao, Mater. Sci. Forum 519-521 853-858 (2006).
• [9] T. Warner, Mater. Sci. Forum 519-521, 1271-1278 (2006).
• [10] D. Leśniak, M. Bronicki, A. Woźnicki, Archives of Metallurgy and Materials 55, 449-513 (2010).
• [11] D. Leśniak, Archives of Metallurgy and Materials 54, 1135-1144 (2009).
• [12] M. Richert, J. Richert, J. Zasadziński, S. Hawryłkiewicz, J. Długopolski, Mater. Chem. Phys. 81, 528-530 (2003).
• [13] B. Adamczy-Cieślak, J. Mizera, M. Lewandowska, K. J. Kurzydłowski, Rev. Adv. Mater. Sci. 8, 107-110 (2004).
• [14] D. Batory, M. Cłapa, S. Mitura, Inżynieria Materiałowa 5, 868-870 (2006).
• [15] S. Gredelj, S. Kumar, A. R. Gerson, P. Cavallaro, Thin Solid Films 515, 1480-1485 (2006).
• [16] D. Manowa, S. Mandl, B. Rauschenbach, Surf. and Coat. Tech. 180-181, 118-121 (2004).
• [17] A. L. Thomann, E. Sicard, C. Boulmer-Leborgne, C. Vivien, J. Hermann, C. Andreazza-Vignolle, P. Andreazza, C. Meneau, Surf. and Coat. Tech. 97, 448-452 (1997).
• [18] B. Major, Archives of Metallurgy and Materials 50, 35-46 (2005).
• [19] M. Klimczak, A. Kopia, R. Chmielowski, J. Kusinski, I. Suliga, Mater. Chem. Phys. 81, 558-561 (2003).
• [20] R. Chmielowski, S. Villain, A. Kopia, J. P. Dallas, J. Kusinski, J. R. Gavarri, Ch. Leroux, Thin Solid Films 516, 3747-3754 (2008).
• [21] E. Sicard, C. Boulmer- Leborgne, T. Sauvage, App. Surf. Sci. 127-129, 726-730 (1998).
• [22] M. Okumiya, Y. Tsunekawa, T. Murayama, Surf. and Coat. Tech. 142-144, 235-240 (2001).
• [23] M. Wenzelburger, D. Lopez, R. Gadow, Surf. and Coat. Tech. 201, 1995-200 (2001).
• [24] B. B. Verma, J.D. Atkinson, M. Kumar, Bull. Mater. Sci. 24, 231-236 (2001).
• [25] A. Góral, J. Deda, E. Bełtowska-Lehman, B. Major, Archives of Metallurgy and Materials 53, 979-984 (2008).
• [26] M. Cłapa, D. Batory, Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 20, 415-418 (2007).