Structural and phase analysis of CrAlSiN/DLC deposited by hybrid PVD/PACVD method

• Autorzy: Lukaszkowicz K. , Dobrzański L. A.

Warianty tytułu

PL

Analiza strukturalna i fazowa powłoki CrAlSiN/DLC wytworzonej hybrydową metodą PVD/PACVD

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The investigations concerned structural and phase analysis of CrAlSiN/DLC double-layer coating deposited by hybrid PVD/PACVD method on the X40CrMoV5-1 hot work tool steel substrate. The production process of double-layer coatings, such as hard nitride layer-low friction DLC layer, was carried out in the continuous mode, on a device fumished with technologies of lateral, rotating cathodes and central rotating cathode, within one technological process. The nano/microstructure, morphology, phase identification and chemical state of the coating were analyzed by high resolution transmission electron microscopy (HRTEM) and scanning electron microscopy (SEM), atomic force microscopy (AFM), X-ray diffraction (XRD) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) respectively. The fractographic tests made with the electron scanning microscope allow to assert that the individual layers are deposited uniformly and tightly adhere to each other and to the substrate material. Morphology of the surface of fractures in the tested coating is characterized by a compact structure. HRTEM investigation shows an amorphous character of DLC layer. It was found that tested CrAlSiN layer has nanostructural character with fine crystallites, while their average size is less than 10 nm. There is shown the character of a joint between an external low-friction DLC layer and a hard nanocrystalline nitride CrAlSiN layer as well as between the substrate and a CrAlSiN layer. The tests performed indicate that transition areas exist with a varied concentration of elements existing between the individual layers forming the transition zones. A low value of a relative relationship of oxygen to carbon concentration signifies a high chemical quality of the produced DLC layer.

PL

Badania dotyczyły analizy strukturalnej i fazowej dwuwarstwowej powłoki CrAlSiN/DLC wytworzonej hybrydową metodą PVD/PACVD na podłożu ze stali narzędziowej do pracy na gorąco X40CrMoV5-1. Wytwarzanie powłok dwuwarstwowych typu twarda warstwa azotkowa-warstwa nisko- tarciowa DLC realizowano W cyklu ciągłym, na urządzeniu wyposażonym w technologie bocznych, obracających się katod oraz centralnej obrotowej katody, W jednym procesie technologicznym. Badania nano/mikrostruktury, morfologii powierzchni, analizy składu fazowego oraz stanu chemicznego pierwiastków wchodzących w skład badanych warstw wykonano odpowiednio za pomocą wysokorozdzielczej transmisyjnej mikroskopii elektronowej (HRTEM) i skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM), mikroskopii sił atomowych (AFM), dyfrakcji rentgenowskiej (XRD) oraz spektroskopii fotoelektronów rentgenowskich (XPS). Wykonane badania fraktograficzne w skaningowym mikroskopię elektronowym pozwalają stwierdzić, że poszczególne warstwy są równomiernie nałożone i szczelnie przylegają do siebie oraz materiału podłoża. Morfologia powierzchni przełomów badanej powłoki charakteryzuje się zwartą budową. Wyniki badań uzyskane za pomocą transmisyjnej mikroskopii elektronowej wskazują na amorficzny charakter warstwy DLC. Stwierdzono, że warstwy CrAlSiN wykazują strukturę nanokrystaliczną o wielkości ziarna poniżej 10 nm. Przedstawiono charakter połączenia występujący pomiędzy zewnętrzną warstwą niskotarciową DLC a twardą nanokrystaliczną warstwą azotkową CrAlSiN, jak również pomiędzy materiałem podłoża a warstwą CrAlSiN. Wykonane badania wskazują na istnienie obszarów przejściowych o zmiennym stężeniu pierwiastków występujących pomiędzy poszczególnymi warstwami tworzącymi strefy przejściowe. Mała wartość względnego stężenia tlenu do węgla świadczy o wysokiej jakości chemicznej uzyskanej warstwy DLC.

Słowa kluczowe

EN

CrAlSiN/DLC coating; HRTEM; AFM; XPS

PL

powłoka CrAlSiN/DLC; HRTEM; AFM; XPS

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 34, nr 4
• Strony: 320--323
• Opis fizyczny: Bibliogr. 6 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Lukaszkowicz K.

• Institute of Engineering Materials and Biomaterials, Silesian University of Technology, Gliwice

autor

Dobrzański L. A.

• Institute of Engineering Materials and Biomaterials, Silesian University of Technology, Gliwice

Bibliografia

• [1] Lukaszkowicz K.: Review of nanocomposite thin films and coatings deposited by PVD and CVD technology. In: Nanomaterials, Mohammed Muzibur Rahman (Ed.), Intech, Rijeka, Croatia (2011) 145÷162.
• [2] Dobrzański L. A., Dobrzańska-Danikiewcz A. D.: Obróbka powierzchni materiałów inżynierskich. Open Access Library, Volume 5 (2011) 1÷480.
• [3] Henderer W., Xu F.: Hybrid TiSiN, CrC/C PVD coatings applied to cutting tools. Surface & Coatings Technology 215 (2013) 381÷358.
• [4] Smolik J., Mazurkiewicz A.: Rozwój hybrydowych technologii powierzchniowych w opraciu o praktyczne zastosowania przemysłowe. Problemy Eksploatacji 3 (2010) 105÷114.
• [5] Dobrzański L. A., Lukaszkowicz K.: Comparison of structure and properties of the electroplating, hybrid (electroplating ÷ PVD) and PVD coatings deposited onto the brass substrate. Materials Science Forum 591-593 (2008) 860÷864.
• [6] Mayrhofer P. H., Mittere C., Hulman L., Clemens H.: Microstructural design of hard coatings. Progress in Materials Science 51 (2006) 1032÷1114.