Kształtowanie struktury i właściwości nanokompozytowych warstw Ni/Si3N4/PTFE metodą elektrokrystalizacji

• Autorzy: Kucharska B. , Trzaska M.

Warianty tytułu

EN

Formation of the structure and properties of nanocomposite layers Ni/Si3N4/PTFE produced by electrocrystallization method

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Badania przedstawione w pracy dotyczą nanokompozytowych warstw z metalową nanokrystaliczną osnową Ni oraz dyspersyjnymi fazami: ceramiczną Si3N4 i polimerową PTFE (politetrafluoroetylen – teflon). Warstwy wytwarzano metodą elektrokrystalizacji w wyniku reakcji redoks wymuszonej prądem elektrycznym. Do wytwarzania warstw stosowano kąpiel typu Wattsa, do której dodawano materiał ceramiczny Si3N4 w postaci polidyspersyjnego proszku oraz polimer PTFE w postaci wodnej dyspersji. Metodami elektronowej mikroskopii skaningowej i transmisyjnej oraz dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego scharakteryzowano strukturę materiału wytworzonych warstw (rys. 1÷3, 5, 6). Przedstawiono topografię i morfologię powierzchni wytworzonych warstw (rys. 4). Mikrotwardość materiału wytworzonych warstw określono sposobem Vickersa (tab. 1). Właściwości tribologiczne oraz adhezję wytworzonych warstw kompozytowych do aluminiowego materiału podłoża określano za pomocą scratch testera oraz tribotestera T-04 (rys. 7÷10). Odporność na zużycie oceniono na podstawie wartości współczynnika tarcia oraz obrazów śladów wytarcia. W celach porównawczych przedstawiono również wyniki badań warstw niklowych nanokrystalicznych wytwarzanych przy takich samych parametrach procesu, jak w przypadku warstw kompozytowych. Zrealizowane badania wykazały, że materiał nanokompozytowych warstw Ni/Si3N4/PTFE, podobnie jak i warstw niklowych wytworzonych metodą elektrokrystalizacji, charakteryzuje się zwartą budową i równomierną grubością na całej pokrywanej powierzchni (rys. 5). Zawarte w nanokrystalicznej osnowie metalicznej cząstki twardej fazy ceramicznej Si3N4 oraz fazy polimerowej PTFE zmieniają znacznie właściwości materiału. Uzyskane wyniki wykazały, że warstwy kompozytowe Ni/Si3N4/PTFE charakteryzują się korzystnymi właściwościami tribologicznymi. Analiza wyników pozwala określić współzależność pomiędzy strukturą i właściwościami warstw a zespołem parametrów realizacji procesu ich wytwarzania.

EN

The research presented in the work is about nanocomposite layers with metal nanocrystalline Ni matrix and dispersion phases: ceramic Si3N4 and polymer PTFE (polytetrafluoroethylene – PTFE). The layers were produced by the electrocrystalline method in redox reaction excited by an electric current. For the layers production a Watts bath was used, to which was added ceramic material Si3N4 in the form of polydisperse powder and the PTFE polymer as a aqueous dispersion. The structure of the produced material of layers was characterized by methods of scanning and transmission electron microscopy and X-ray diffraction (Fig. 1÷3, 5, 6). The surface topography and morphology of the produced layers are presented (Fig. 4). Microhardness of the material of the produced layers was determined by Vickers method (Tab. 1). Tribological properties and adhesion of the composite layers to aluminum material of the substrate was determined from scratch tester and tribotester T-04 measurements (Fig. 7÷10). Wear resistance rated based on the value of the coefficient of friction and images of wear marks. For comparison, also presents results of nanocrystalline nickel layers produced using the same parameters of the process, as in the case of composite layers. Completed studies have shown that the material of the Ni/Si3N4/PTFE nanocomposite layers, like nickel layers, produced by electrocrystalline method are characterized by cohesive texture and uniform thickness over the entire coated surface (Fig. 5). The incorporated in nanocrystalline metallic matrix particles of the hard ceramic Si3N4 phase and polymer PTFE phase are greatly alter the properties of the material. The obtained results revealed that the composite Ni/Si3N4/ PTFE layers are characterized by beneficial tribological properties. Analysis of results allows determining the correlation between structure and properties of layers and the assembly of parameters of the preparation process.

Słowa kluczowe

PL

warstwa kompozytowa Ni/Si3N4/PTFE; metoda elektrochemiczna; mikrotwardość; adhezja; współczynnik tarcia; zużycie tarciowe

EN

composite Ni/PTFE/Si3N4 coating; electrochemical method; microhardness; adhesion; friction coefficient; wear abrasion

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 33, nr 6
• Strony: 549--552
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kucharska B.

• Wydział Inżynierii Materiałowej, Politechnika Warszawska

autor

Trzaska M.

• Wydział Inżynierii Materiałowej, Politechnika Warszawska

Bibliografia

• [1] Trzaska M., Kucharska B.: Influence of current density and bath composition on properties of Ni/PTFE composite coatings. Composites 8 (2008) 77÷81.
• [2] Das C., Limaye P., Grover A., Suri A.: Preparation and characterization of silicon nitride codeposited electroless nickel composite coatings. Journal of Alloys and Compounds 436 (2007) 328÷334.
• [3] Srivastava M., William Grips V., Rajam K.: Influence of SiC, Si3N4 and Al2O3 particles on the structure and properties of electrodeposited Ni. Materials Letter 62 (2008) 3487÷3489.
• [4] Bonara P., Lekka M., Creazzi L.: Nanotechnologia W powłokach. Ochrona przed Korozją 4 (2006) 130÷131.
• [5] Trzaska M., Kucharska B.: Surface properties of Ni/PTFE composite layers. Composites 9 (2009) 363÷368.
• [6] Trzaska M.: Odpomość korozyjna nanokompozytowych warstw nikiel/nanorurki węglowe (Ni/CNTs) wytworzonych metodą elektrochemiczną. Ochrona przed Korozją 2 (2011) 48÷51.
• [7] Qinfang Y., Guillaume Y. W., Zhengren H., Dongliang J.: A microstructure study of Ni/A120, composite ceramics. Journal ofA11oys and Compounds 467 (2009) 438÷443.
• [8] Trzaska M.: Warstwy kompozytowe Ni-P/Si3N4 wytwarzane metodą chemiczną na aluminium i jego stopach. Inżynieria Materiałowa 6 (2008) 657÷660.
• [9] Trzaska M.: Studies of the structure and properties of Ni-P and Ni-P/ Si3N4 surface layers deposited on aluminum by the electroless method. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 43 ( 2010) 269÷275.
• [10] Trzaska M.: Chemically and electrochemically deposited thin-layer materials. Annales de Chimie-Science des Materiaux 32 (2007) 325÷344.
• [11] Unal H., Mimaroglu A., Kadioglu U., Ekiz H.: Sliding friction and wear behaviour of polytetrafluoroethylene and its composites under dry conditions. Materials and Design 25 (2004) 239÷245.
• [12] Kowalewska M., Trzaska M.: Właściwości tribologiczne warstw Ni/Si3N4. Kompozyty 6 (2006) 32÷37.
• [13] Zhao-Zhu Z., Qun-Ji X., Wei-Min L., Wei-Chang S.: Friction and wear properties of metal powder filled PTFE composites under oil lubricated conditions. Wear 210 (1997) 151÷156.
• [14] Kucharska B., Trzaska M.: Struktura i właściwości tribologiczne warstw kompozytowych Ni-P/M052. Inżynieria Materiałowa 4 (2011) 503÷505.