The impact of magnetron source power on mechanical properties and phase composition of TiB2 coatings

• Autorzy: Rydzewski M. , Kacprzyńska-Gołacka J. , Słomka Z. , Mazurkiewicz A. , Smolik J.

Warianty tytułu

PL

Wpływ mocy rozpylania magnetronowego na właściwości oraz skład fazowy powłok TiB2

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

PVD coatings are widely used in the tool industry. They use hard materials, such as carbides, borides, and nitrides of metallic elements, because these materials have good wear resistance and stability at elevated temperatures. Titanium diboride-TiB2 is a very interesting compound used for coatings in the tool industry. The results of the analysis of research directions in the field of coatings and layers with special operating properties (high hardness, good thermal and electrical conductivity, and good corrosion resistance) indicate that coatings and layers based on TiB2 are one of the most effective materials that improve tool durability. The paper presents the mechanical properties of TiB2 coatings obtained using the magnetron sputtering method in the function of sputtering process power of TiB2 target. The paper includes hardness and Young' s modulus measurements performed with nanoindentation method, and phase composition analysis, and the evaluation of the microstructure and topography using a Hitachi TM3000 scanning electron microscope.

PL

Powłoki PVD znajdują powszechne zastosowanie w przemyśle narzędziowym. Do ich wytwarzania stosuje się twarde związki takie jak: węgliki, borki, azotki metali, które charakteryzują się dobrą odpornością tribologiczną oraz stabilnością w podwyższonej temperaturze. Dwuborek tytanu - TiB2 jest bardzo interesującym materiałem powłokowym, cieszącym się dużym zainteresowaniem w przemyśle narzędziowym. Analiza literatury w zakresie powłok funkcjonalnych (powłok o dużej twardości, dobrym przewodnictwie cieplnym i elektrycznym, dobrej odporności korozyjnej) wskazuje TiB2 jako jeden z najbardziej efektywnych materiałów zwiększających trwałość narzędzi przeznaczonych do obróbki powierzchniowej stopów metali nieżelaznych. W artykule przedstawiono właściwości mechaniczne powłok TiB2 otrzymanych z wykorzystaniem metody rozpylania magnetronowego w funkcji mocy rozpylania targetu TiB2. Artykuł zawiera pomiary twardości oraz modułu Younga, analizę struktury fazowej, badania mikrostruktury oraz badania odporności na pękanie cienkich powłok.

Słowa kluczowe

EN

surface engineering; TiB2 coating; magnetron sputtering; nanohardness; fracture toughness; super hard coatings

PL

inżynieria powierzchni; powłoka TiB2; rozpylanie magnetronowe; nanotwardość; odporność na pękanie; powłoka supertwarda

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe Instytutu Technologii Eksploatacji - Państwowego Instytutu Badawczego
• Czasopismo: Problemy Eksploatacji
• Rocznik: 2016
• Tom: no. 4
• Strony: 53--61
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Rydzewski M.

• Institute for Sustainable Technologies - National Research Institute, Radom

autor

Kacprzyńska-Gołacka J.

• Institute for Sustainable Technologies - National Research Institute, Radom

autor

Słomka Z.

• Institute for Sustainable Technologies - National Research Institute, Radom

autor

Mazurkiewicz A.

• Institute for Sustainable Technologies - National Research Institute, Radom

autor

Smolik J.

• Institute for Sustainable Technologies - National Research Institute, Radom

Bibliografia

• 1. Smolik J., Mazurkiewicz A., Kacprzyńska-Gołacka J., Rydzewski M., Szota M., Mizera J.; Composite layers "MgAlintermetalic layer/PVD caating" obtained on the AZ91D magnesium alloy by different hybrid surface treatment methods; Archives of metallurgy and materials, Volume 60 (2015), Pages 1031-1035.
• 2. Mazurkiewicz A., Smolik J.; The innovative directions in development and implementations of hybrid technologies in Surface engineering; Archives of metallurgy and materials, Volume 60 (2015), Pages 2161-2172.
• 3. Mikula M., Grančič B., Buršiková V., Csuba A., Držik M., Kavecký Š., Plecenik A., Kúš P.; Mechanical properties of superhard TiB2 coatings prepared by DC magnetron sputtering; Vacuum, Volume 82, 2008, Pages 278-281.
• 4. Grančič B., Mikuła M., Hrubá L., Gregor M., Štefečka M., Csuba A., Dobročka E., Plecenik A., Kúš P.; The influence of deposition parameters on TiB2 thin films prepared by DC magnetron sputtering; Vacuum, Volume 80, 2005, Pages 174-177.
• 5. Panich N., Sun Y.; Mechanical properties of TiBrbased nanostructured coatings; Surface and Coatings Technology, Volume 198, 2005, Pages 14-19.
• 6. Leyland A., Matthews A.; On the significance of the H/E ratio in wear control: a nanocomposite caating approach to optimised tribological behavior; Wear, Volume 246, 2000, Pages 1-11.
• 7. Ou Y.X., Lin J., Tong S., Sproul W.D., Lei M.K.; Structure, adhesion and corrosion behavior of CrN!f iN superlattice coatings deposited by the combined deep oscillation magnetron sputtering and pulsed de magnetron sputtering; Surface and Coatings Technology, Volume 293, 2016, Pages 21-27.
• 8. Jinga V., Mateescu A.O., Cristea D., Mateescu G., Burducea I., Ionescu C., Craciun L.S., Ghiuta I., Samoila C., Ursutiu D., Munteanu D.; Compositional, morphological and mechanical investigations of monolayer type coatings obtained by standard and reactive magnetron sputtering from Ti, TiB2 and WC; Applied Surface Science, Volume 358, 2015, Pages 579-585.
• 9. Deng H., Chen J., Inturi R.B., Barnard J.A.; Structure, mechanical and tribological properties of d.c. magnetron sputtered TiB2 and TiB2(N) thin films"; Surface and Coatings Technology, Volumes 76-77, 1995, Pages 609-614.
• 10. ASTM E 399 (1983), Test Method for Plane - Strain Fracture Toughness of Metallic Materials.
• 11. Podgornik B., Sedlaček M., Čekada M., Jacobson S., Zajec B.; Impact of fracture toughness on surface properties of PVD coated cold work tool steel; Surface and Coatings Technology, Volume 277, 2015, Pages 144-150.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.