Analiza stanu naprężeń w powłokach ceramicznych wielofazowych dwuwarstwowych otrzymywanych metodami PVD na podłożu metalicznym

• Autorzy: Twardowska A. , Kowalski M.

Warianty tytułu

EN

Macrostress analysis in bilayered ceramic coatings formed on metal substrates by PVD methods

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań naprężeń własnych w układzie stal AISI 316L-powłoka Ti-B/Ti-Si-C po procesie formowania z zastosowaniem dwóch metod: ablacji laserowej PLD oraz dwuwiązkowej metody IBAD, wykorzystując tarcze z węglika tytanowo-krzemowego Ti3SiC2 oraz dwuborku tytanu TiB2. Badania składu fazowego oraz jego zmian w funkcji odległości od powierzchni przeprowadzono metodą dyfrakcji rentgenowskiej (XRD) w geometrii Bragg-Brentano oraz stałego kąta padania dla kątów 0,5° i 1°. Wartości naprężeń własnych obliczano metodą g-sin2ψ, wyznaczając uprzednio precyzyjnie położenie pików dyfrakcyjnych dla kolejnych odbić fazy Fe-γ. Budowa powłok Ti-B/Ti-Si-C była wielofazowa. W zależności od zastosowanej metody formowania wystąpiły niewielkie różnice w składzie fazowym warstw w powłoce oraz rodzaju i wielkości makronaprężeń. Przeprowadzono obliczenia numeryczne rozkładu temperatury oraz naprężeń w układzie stal AISI 316L-powłoka Ti-B/Ti-Si-C, wykorzystując program Ansys. Wyniki przeprowadzonych obliczeń wskazały na większe wartości naprężeń w analizowanym układzie niż wyznaczone metodą g-sin2ψ.

EN

In this paper X-ray diffraction method was used to analyze residual stresses in AISI 316L steel after Ti-B/Ti-Si-C coatings deposition. Bi-layered coatings were formed at room temperature by dual beam ion assisted deposition IBAD and pulsed laser deposition PLD techniques using compound targets of Ti3SiC2 and TiB2. XRD analysis was conducted in Bragg-Brentano and grazing incident geometry for 0,5° and 1°. Residual stresses were calculated by g-sin2ψ method, using precise location of X-ray diffraction peaks previously determined for successive reflections of Fe-γ phase. Ti-B/Ti-Si-C coatings were multiphase. There were differences in phase composition of coatings and type and size of macrostress determined in steel, depending on deposition method. Additionally, the numerical calculations of temperature distribution and stress distribution after Ti-B/Ti-Si-C coatings deposition were carried out using Ansys finite element commercial software. The results obtained from numerical calculations show some discrepancy with results obtained by g-sin2ψ method.

Słowa kluczowe

PL

Ti-B; Ti-Si-C; IBAD; PVD; MES (metoda elementów skończonych); naprężenia własne

EN

Ti-B; Ti-Si-C; IBAD; PVD; FEM; residual stress

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 33, nr 6
• Strony: 588--591
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Twardowska A.

• Instytut Techniki, Uniwersytet Pedagogiczny w Krakowie

autor

Kowalski M.

• nstytut Techniki, Uniwersytet Pedagogiczny w Krakowie

Bibliografia

• [1] Holleck H.: Material selection for hard coatings. Journal of Vacuum Science and Technology A 4 (6) (1986) 2661÷2669.
• [2] Rao J., Cruz R., Lawson K. J., Nicholls J. R.: Carbon and titanium diboride (TiB2) multilayer coatings. Diamond and Related Materials 13 (11-12) (2004) 2221÷2225.
• [3] Panich N., Wangyao P., Hannongbua S., Sricharoenchai P., Sun Y.: Multilayered systems of nanostructured TiB2 thin films and its mechanical properties. Journal of Metals, Materials and Minerals 16 (1) (2006) 45÷50.
• [4] Berger M., Larsson M.: Mechanical properties of multilayered PVD Ti/TiB2 coatings. Surface Engineering 16 (2000) 122÷126.
• [5] Panich N., Naing A., SunY.: Microscratch for coating adhesion test of nanostructured TiB2 coatings. Journal of Science and Technology 12 (2) (2005) 125÷131.
• [6] Stobierski L.: Ceramika węglikowa. Uczelniane Wydawnictwa Naukowo- Dydaktyczne, AGH, Kraków (2005).
• [7] Eklund P., Beckers M., Jansson U., Hogberg H., Hultman L.: The M n+1 AXn phases: Materials science and thin-film processing. Thin Solid Films 5 (18) (2010) 1851÷1878.
• [8] Barsoum M. W.: The M„÷1AX„ phases: a new class of solids. Thermodynamically Stable Nanolaminates. Progress in Solid State Chemistry 28 (2000) 201÷281.
• [9] Goto T., Hirai T.: Chemically vapour deposited Ti3SiC2. Materials Research Bulletin 22 (1987) 1195.
• [10] Krzanowski J. E., Koutzaki S. H.: Mechanical properties of sputter-de- posited titanium-silicon-carbon films. Journal of the American Ceramic Society 84 (2001) 672.
• [11] Emmerlich J., Music D., Eklund P., Wilhelmsson O., Jansson U., Schnei der J. M., Hogberg H., Hultman L.: Thermal stability ofTi3SiC2 thin films. Acta Materialia 55 (2007) 1479÷1488.
• [12] Skrzypek S. J., A. Baczmański A.: Progress in X-ray diffraction of residual macrostress determination related to surface layer gradients and anisotropy. JCPDS - International Centre for Diffraction Data, Advances in X-ray Analysis 44 (2001) 134÷145.
• [13] Wiklund U., Gunnars J., Hogmark S.: Influence of residual stresses on fracture and delamination of thin hard coatings. Wear 232 (1999) 262÷269.
• [14] Twardowska A., Rajchel B.: Naprężenia własne w stali AISI 316L po uformowaniu powłok Ti-B/Ti-Si-C metodami IBAD oraz PLD. Inżynieria Materiałowa 2 (186) (2012) 78÷81.
• [15] Mattox D. M.: Handbook of physical Vapour deposition (PVD) processing. William Andrew Publishing Elsevier Inc, Oxford, UK (2010).
• [16] Perriere J., Millon E., Fograssy E.: Recent advances in laser processing of ing. William Andrew Publishing Elsevier Inc, Oxford, UK (2010).

Uwagi

PL

Praca zrealizowana w ramach grantu MNiSW numer NN507451434 oraz Badań Statutowych - Zadanie 7.