Wpływ składu mieszaniny reakcyjnej w procesie modyfikacji powierzchni stopu Al–Zn na wybrane właściwości fizykochemiczne powłoki a-SiCN:H

• Autorzy: Koper K. , Kyzioł K. , Kaczmarek Ł. , Grzesik Z.

Identyfikatory

DOI

10.15199/28.2015.4.2

Warianty tytułu

EN

The effect of chemical composition of gas mixture on the selected physicochemical properties of a-SiCN:H coatings in case of surface modification of Al–Zn alloy

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Metoda plazmochemicznego osadzania z fazy gazowej (PA CVD — Plasma Assisted Chemical Vapour Deposition) jest szeroko stosowaną techniką wytwarzania twardych, przeciwzużyciowych powłok oraz modyfikacji powierzchni podłoży metalicznych, w tym stopów aluminium. Technika ta pozwala na otrzymywanie jednorodnych powłok na podłożach o złożonym kształcie, o dobrej adhezji do podłoża, nawet w warunkach stosunkowo niskiej temperatury. Ponadto procesy plazmochemiczne znacząco wpływają zarówno na mikrostrukturę, chropowatość powierzchni, jak i parametry mechaniczne oraz tribologiczne otrzymywanych struktur. W pracy zastosowano typowe techniki dla inżynierii materiałowej, w tym skaningową mikroskopię elektronową (SEM) z analizą EDS, spektroskopię IR, mikroskopię sił atomowych (AFM), dyfrakcję promieniowania rentgenowskiego. Twardość i moduł Younga wyznaczono metodą nanoindentacji, zużycie powierzchni oceniono na podstawie próby zarysowania. Uzyskane wyniki wskazują, że rodzaj źródła jonów azotu (N2 lub NH3) w mieszaninie gazowej użytej w procesie modyfikacji jonami N+, przed depozycją powłoki a-SiCN:H, bezpośrednio wpływa na jej strukturę w skali atomowej (rys. 2), co determinuje różnice w udziałach poszczególnych grup atomowych (rys. 4). Otrzymane rezultaty potwierdzają, iż zastosowanie modyfikacji jonami N+ w przypadku stopów Al–Zn jest najkorzystniejsze w przypadku użycia w mieszaninie reakcyjnej NH3, co prowadzi z kolei do największego utwardzenia badanej powierzchni (rys. 6).

EN

Plasma assisted chemical vapour deposition (PA CVD) is a wide used technology for the production of hard, anti-wear coatings and surface modification of metallic substrates, for example aluminum alloys. This method allows to deposit of homogeneous, well-adhesive coatings at low temperature on substrates with complex shape. Plasmochemical processes significantly impacts such surface parameters as microstructure, roughness, mechanical and tribological behaviour, etc. In this work the overview of the influence of N+ ion precursor (nitrogen or ammonia) in RF CVD (Radio Frequency Chemical Vapour Deposition) technique on the modification of Al–Zn alloys in plasma conditions using ion treatment, before deposition of aSiCN:H coating, has been presented. Typical techniques for materials engineering such as scanning electron microscope (SEM) with EDS analysis, IR spectroscopy, atomic force microscopy (AFM), X-ray diffraction, nanoindentation method (hardness and Young modulus), scratch test were applied in the presented study. The obtained results indicate that type of the ion source of nitrogen (N2 or NH3) in the gas mixture used in the N+ ion modification process, before deposition of the a-SiCN:H coating, influences directly on structure in atomic scale (Fig. 2), this determines the different contributions of the respective atomic groups (Fig. 4). The work confirmed that the use of N+ ions modification process of Al–Zn surface is the most important in case of the use of NH3 in the gas mixture, and results in improvement of surface hardness (Fig. 6).

Słowa kluczowe

PL

stopy Al-Zn; modyfikacja powierzchni; RF CVD; mikrostruktura; właściwości fizykochemiczne; a-SiCN:H

EN

Al-Zn alloy; surface modification; RF CVD; a-SiCN:H; microstructure; physicochemical properties

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 36, nr 4
• Strony: 160--165
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Koper K.

• Akademia Górniczno-Hutnicza, Kraków, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki

autor

Kyzioł K.

• Akademia Górniczno-Hutnicza, Kraków, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki

autor

Kaczmarek Ł.

• Wydział Mechaniczny, Instytut Inżynierii Materiałowej, Politechnika Łódzka

autor

Grzesik Z.

• Akademia Górniczno-Hutnicza, Kraków, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki

Bibliografia

• [1] Dymek S.: Nowoczesne stopy aluminium do przeróbki plastycznej. Wydawnictwo AGH, Kraków (2012).
• [2] Heinz A., Haszler A., Keidel C., Moldenhauer S., Benedictus R., Miller W. S.: Recent development in aluminium alloys for aerospace applications. Materials Science and Engineering A 280 (2000) 102÷107.
• [3] Moallem E., Cremaschi L., Fisher D. E., Padhmanabhan S.: Experimental measurements of the surface coating and water retention effects on frosting performance on microchannel heat exchangers for heat pump system. Experimental Thermal and Fluid Science 39 (2012) 176÷188.
• [4] Starke E. A., Staleyt J. T., Application of modern aluminum alloys to aircraft. Progress in Aerospace Sciences 32 (1996) 131÷172.
• [5] Salazar-Guapuriche M., Zhao Y.: Correlation of strength with hardness and electrical conductivity for aluminium alloy 7010. Materials Science Forum 519÷521 (2006) 853÷858.
• [6] Hornbogen E., Starke Jr. E. A.: Theory assisted design of high strength low alloy aluminum. Acta Metallurgica et Materialia 41 (1993) 1÷16.
• [7] Rodopoulosa C. A., Curtisb S. A., de los Riosb E. R., Romeroc J. Solis.: Optimization of the fatigue resistance of 2024-T351 aluminium alloys by controlled shot peening — methodology, results and analysis. International Journal of Fatigue 26 (2004) 849÷856.
• [8] Oskouei R. H., Ibrahim R. N.: The effect of a heat treatment on improving the fatigue properties of aluminium alloy 7075-T6 coated with TiN by PVD. Procedia Engineering 10 (2011) 1936÷1942.
• [9] Gredelj S., Kumar S., Gerson A. R., Cavallaro P.: Radio frequency plasma nitriding of aluminium at higher power levels. Thin Solid Films 515 (2006) 1480÷1485.
• [10] Manowa D., Mandl S., Rauschenbach B.: Evolution of surface morphology during ion nitriding of aluminium. Surface and Coatings Technology 180-181 (2004) 118÷121.
• [11] Thomann A. L., Sicard E., Boulmer-Leborgne C., Vivien C., Hermann J., Andreazza-Vignolle C., Andreazza P., Meneau C.: Surface nitriding of titanium and aluminium by laser-induced plasma. Surface and Coatings Technology 97 (1997) 448÷452.
• [12] Sicard E., Boulmer-Leborgne C., Sauvage T.: Excimer laser induced surface nitriding of aluminium alloy. Applied Surface Science 127 (1998) 726÷730. Verma B. B., Atkinson J. D., Kumar M.: Study of fatigue behavior of 7475 aluminium alloy. Bulletin of Materials Science 24 (2001) 231÷236.
• [13] Dobrzański L. A., Tryński T., Dobrzańska-Danikiewicz A. D., Król M., Malara S., Domagała-Dubiel J.: Struktura i własności stopów Mg–Al–Zn. Open Access Library 5 (2012) 110÷112.
• [14] Liao J. X., Xia L. F., Sun M. R. , Liu W. M., Xu T., Xue Q. J. : The tribological properties of a gradient layer prepared by plasma-based ion implantation on 2024 aluminum alloy. Surface and Coatings Technology 183 (2004) 157÷164.
• [15] Aisenberg S., Chabot R.: Ion-beam deposition of thin films of diamondlike carbon. Journal of Applied Physics 42 (1971) 2953÷2958.
• [16] Zhao Q., Liu Y., Wang C.: Evaluation of bacterial adhesion on Si-doped diamond- like carbon films. Applied Surface Science 253 (2007) 7254÷7259.
• [17] Wangyang N., Cheng Y. T., Weinerb A. M., Perryb T. A: Tribological behavior of diamond-like carbon (DLC) coating agains aluminum alloys at elevated temperatures. Surface and Coatings Technology 201 (2006) 3229÷3234
• [18] Field S. K., Jarratt M., Teer D. G.: Tribological properties of graphitelike and diamond-like carbon coating. Tribology International 37 (2004) 949÷957.
• [19] Jędrzejczak A., Batory D., Cłapa M., Makówka M., Niedzielski P.: Powłoki węglowe domieszkowane krzemem wytwarzane metodą RF PACVD. Inżynieria Materiałowa 34 (2013) 459÷462.
• [20] Sen G., Meng-Burany X., Lukitsch M. J., Qi Y., Alpas A. T.: Low friction and environmentally stable diamond-like carbon (DLC) coatings incorporating silicon, oxygen and fluorine sliding against aluminum. Surface and Coating Technology 2015 (2013) 340÷349.