The influence of total gas pressure and atmosphere composition during ion cleaning step on S-phase coating formation

• Autorzy: Słowik Justyna , Fryska Sebstian , Baranowska Jolanta

Identyfikatory

DOI

10.15199/28.2019.1.1

Warianty tytułu

PL

Wpływ całkowitego ciśnienia gazu i składu atmosfery w oczyszczaniu jonowym na tworzenie powłok z fazy S

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Various ion sputtering parameters were applied prior to the deposition of S phase coatings in order to determine their effect on the efficiency of cleaning an austenitic steel surface. For this purpose, two types of atmospheres were used (100% Ar and 5% Ar + 95% H2) at two different pressures (1.33 Pa and 2.67 Pa). In addition, substrates with two different initial states — without polishing and with polishing — were investigated. The thickness of the diffusion layer, obtained in the austenitic substrate after depositing an S-phase coating by magnetron sputtering, was used as a measure of the surface cleaning effectiveness (passive oxide layer removal). The research showed that all the considered parameters had a significant effect on the effectiveness of the cleaning treatment. It was found that the initial state of the substrate has an influence on the thickness of the diffusion layers, with thicker layers obtained on nonpolished substrates. The total gas pressure affects the substrate cleaning effectiveness in different ways depending on the gas composition used. It is possible that a physical sputtering mechanism occurs in the case of argon and a chemical reduction mechanism in the case of hydrogen. In addition, it was found that the degree of surface cleaning determines the texture of the S phase coatings.

PL

Faza S, uznawana za przesycony roztwór azotu w austenicie, może być otrzymywana nie tylko wskutek konwencjonalnego azotowania, lecz także metodą reaktywnego rozpylania magnetronowego stali austenitycznej w atmosferze azotu. Wytworzenie takiej powłoki na stali austenitycznej poprawia jej twardość i odporność na zużycie tribologiczne. Przed procesem napylania stosuje się zwykle oczyszczanie jonowe, które w przypadku stali austenitycznej może prowadzić do usunięcia warstwy pasywnej tlenków. W ten sposób jest możliwe powstanie warstwy dyfuzyjnej w podłożu w efekcie dyfuzji azotu z powłoki do podłoża. Stanowi ona gradientową międzywarstwę potencjalnie korzystną z punktu widzenia poprawy adhezji. Celem pracy było zbadanie wpływu parametrów oczyszczania jonowego stosowanego przed reaktywnym osadzaniem powłok z fazy S na wytworzenie warstwy dyfuzyjnej w podłożu ze stali austenitycznej.

Słowa kluczowe

EN

S-phase; magnetron sputtering; ion cleaning; austenitic stainless steel

PL

faza S; rozpylanie magnetronowe; oczyszczanie jonowe

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2019
• Tom: Vol. 40, nr 1
• Strony: 2--8
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., fig., tab.

Twórcy

autor

Słowik Justyna

• West Pomeranian University of Technology, Institute of Materials Science and Engineering, Szczecin

autor

Fryska Sebstian

• West Pomeranian University of Technology, Institute of Materials Science and Engineering, Szczecin

autor

Baranowska Jolanta

• West Pomeranian University of Technology, Institute of Materials Science and Engineering, Szczecin

Bibliografia

• [1] Somers M. A. J., Christiansen T. L.: 14 — Low temperature surface hardening of stainless steel. In: Mittemeijer E. J., Somers M. A. J. (eds) Thermochemical Surface Engineering of Steels. Woodhead Publishing, Oxford (2015) 557÷579.
• [2] Baranowska J., Fryska S,. Przekop J., Suszko T.: The properties of hard coating composed of S-phase obtained by PVD method. Advances in Manufacturing Science and Technology 33 (2009) 59÷69.
• [3] Dahm K. L., Dearnley P. A.: S-phase coatings produced by unbalanced magnetron sputtering. Surface Engineering 12 (1996) 61÷67.
• [4] Miernik K.: Działanie i budowa magnetronowych urządzeń rozpylających. Instytut Technologii Eksploatacji, Radom (1997).
• [5] Baranowska J., Fryska S., Suszko T.: The influence of temperature and nitrogen pressure on S-phase coatings deposition by reactive magnetron sputtering. Vacuum 90 (2013) 160÷164.
• [6] Fryska S., Baranowska J.: Microstructure of reactive magnetron sputtered S-phase coatings with a diffusion sub-layer. Vacuum 142 (2017) 72÷80.
• [7] Yang W. J., Zhang M., Zhao Y. H., Shen M. L.: Enhancement of mechanical property and corrosion resistance of 316L stainless steels by low temperature arc plasma nitriding. Surface and Coatings Technology 298 (2016) 64÷72.
• [8] Saker A., Leroy C., Michel H., Frantz C.: Properties of sputtered stainless steel-nitrogen coatings and structural analogy with low temperature plasma nitrided layers of austenitic steels. Materials Science and Engineering A 140 (1991) 702÷708.
• [9] Christiansen T., Dahl K. V., Somers M. A. J.: Nitrogen diffusion and nitrogen depth profiles in expanded austenite: experimental assessment, numerical simulation and role of stress. Materials Science and Technology 24 (2008) 159÷167.
• [10] Baranowska J., Kochmański P.: Rola aktywacji powierzchni w azotowaniu stali odpornych na korozję. XVIII Seminarium “Nowoczesne Trendy w Obróbce Cieplnej”, Zbąszyń 16÷17 września (2015) 69÷75.
• [11] Baranowska J.: Niskotemperaturowe azotowanie stali austenitycznej. Prace Naukowe Politechniki Szczecińskiej. Instytut Inżynierii Materiałowej, Szczecin (2007).
• [12] Thornton J. A.: The microstructure of sputter‐deposited coatings. Journal of Vacuum Science & Technology A 4 (1986) 3059÷3065.
• [13] Möller W., Parascandola S., Telbizova T., Günzel R., Richter E.: Surface processes and diffusion mechanisms of ion nitriding of stainless steel and aluminium. Surface and Coatings Technology 136 (2001) 73÷79.
• [14] Rives-Gabet C.: Étude de l’oxydation en phase gazeuse Ar–O2–H2 de l’Inconel 690, à basse pression et en condition de post-décharge en flux: évaluation comparée du traitement vis-à-vis de la corrosion généralisée de l’alliage en eau pressurisée à 320°C. PhD Thesis, Institute National Polytechnìque de Lorraine, Nancy (2001).

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019)