Temperaturowa odporność na zużycie elementów z powłoką AlCrN

• Autorzy: Michalak M. , Michalczewski R. , Osuch-Słomka E. , Szczerek M.

Identyfikatory

DOI

10.15199/28.2015.6.24

Warianty tytułu

EN

The temperature wear resistance of AlCrN coated elements

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Celem pracy było zbadanie wpływu temperatury na odporność na zużycie elementów pokrytych powłoką AlCrN. Powłokę wytworzono w procesie osadzania fizycznego z fazy gazowej (PVD) na tarczach wykonanych z węglika wolframu. Badania tribologiczne w ruchu ślizgowym ciągłym przeprowadzono z wykorzystaniem stanowiska badawczego T-21 produkcji ITeE–PIB. W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono, że odporność na zużywanie skojarzenia z powłoką AlCrN zależała od temperatury. Największe zużycie odnotowano w temperaturze pokojowej. Natomiast w 600°C intensywność zużywania powłoki była 4-krotnie mniejsza, a w 750°C 6-krotnie mniejsza niż w temperaturze pokojowej. Mechanizm wysokotemperaturowej odporności na zużywanie powłoki AlCrN polega na utworzeniu tlenkowej warstwy ochronnej. Przeprowadzone analizy składu warstwy wierzchniej wskazały na znacznie większą zawartość tlenu w śladzie tarcia niż poza śladem. W wysokiej temperaturze proces tarcia dodatkowo intensyfikował utlenianie, a ilość tlenu wzrastała wraz ze wzrostem temperatury.

EN

The aim of the study was to investigate the effect of temperature on the wear resistance of coated parts AlCrN. The coating was prepared in the physical vapour deposition process (PVD) on the discs made of tungsten carbide. The testing in sliding motion conditions was performed using T-21 tribotester manufactured by ITeE–PIB. The results showed that the wear resistance of the AlCrN coating depends on the temperature. The largest wear rate was obtained at room temperature. In contrast, at 600°C the intensity of wear of the coating was 4-fold lower, and 750°C, 6-fold lower than at room temperature. The mechanism of high wear resistance of AlCrN coating is based on creation of oxide protective layer. Conducted analysis of the composition of the surface layer showed a significantly higher content of oxygen in the wear track than the outside track. At high temperature, friction process further intensified oxidation and the amount of oxygen increased with increasing temperature.

Słowa kluczowe

PL

powłoki AlCrN; PVD; CVD; zużycie; tarcie; odporność na zużycie; temperatura wysoka; stanowisko kula–tarcza T-21; ruch ślizgowy; SEM-EDS

EN

AlCrN coating; PVD; CVD; wear; friction; wear resistance; high temperature; T-21 ball-on-disc tribotester; sliding conditions; SEM/EDS

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 36, nr 6
• Strony: 468--472
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Michalak M.

• Zakład Tribologii Instytutu Technologii Eksploatacji – PIB, Radom

autor

Michalczewski R.

• Zakład Tribologii Instytutu Technologii Eksploatacji – PIB, Radom

autor

Osuch-Słomka E.

• Zakład Tribologii Instytutu Technologii Eksploatacji – PIB, Radom

autor

Szczerek M.

• Wydział Mechaniczny Uniwersytetu Technologiczno-Humanistycznego, Radom

Bibliografia

• [1] Śleboda T., Krawczyk J., Zimowski S., Kot M.: Wysokotemperaturowe własności tribologiczne stopów Fe–Al. Tribologia 3 (246) (2012) 209÷215.
• [2] Bobzin K., Bagcivan N., Ewering M., Brugnaraa R. H.: Vanadium alloyed PVD CrAlN coatings for friction reduction in metal forming applications. Tribology in Industry 304 (2012) 101÷107.
• [3] Wang L., Zhou J., Duszczyk J., Katgerman L.: Friction in aluminium extrusion — Part 1: A review of friction testing techniques for aluminium extrusion. Tribology International 56 (2012) 89÷98.
• [4] Bjork T., Bergstrom J., Hogmark S.: Tribological simulation of aluminium hot extrusion. Wear 224 (1999) 216÷225.
• [5] Kutschej K., Mayrhofer P., Kathrein M., Polcik P., Mitterer C.: A new lowfriction concept for Ti1 – xAlxN based coatings in high-temperature applications. Surface & Coatings Technology 188-189 (2004) 358÷363.
• [6] Szparaga J., Ratajski J.: Polioptymalizacja powłok przeciwzużyciowych TiAlN i TiN nakładanych metodą PVD na narzędzia do obróbki drewna. PAK 57 (09) (2011) 2÷6.
• [7] Michalak M., Michalczewski M., Szczerek M.: Wysokotemperaturowe charakterystyki tribologiczne elementów z powłoką AlTiN i TiAlN. Inżynieria Materiałowa 6 (202) (2014) 527÷530.
• [8] Szczerek M., Michalczewski R., Sánchez Villarreal C., Michalak M.: Tribological characterisation and wear mechanisms of PVD coatings designed for high temperature applications. Materiały Międzynarodowej Konferencji Asiatrib 2014, Agra, Indie (2014) nr art. TSI914659.
• [9] Mo J. L., Zhu M. H.: Tribological oxidation behaviour of PVD hard coatings. Tribology International 42 (2009) 1758÷1764.
• [10] Holubar P., Janku R.: Nanokompozytowe powłoki PVD. Magazyn przemysłowy 3 (115) (2012) 18÷19.
• [11] Bujak J., Słomka Z.: Badania wysokotemperaturowej odporności na zużycie ścierne wielowarstwowych powłok AlCrTiN osadzanych metodą łukowo-próżniową. Tribologia 6 (246) (2012) 37÷49.
• [12] Cooke K. E., Yang S., Selcuk C., Kennedy A., Teer D. G., Beale D.: Development of duplex nitrided sputter ion plated CrTiAlN-based coating for H13 aluminium extrusion dies. Surf. Coat. Technol. 188-189 (2004) 697÷702.
• [13] Małecka J.: Odporność na utlenianie powłoki AlCrN naniesionej metodą PVD na stop Ti-46Al-7Nb-0,7Cr-0,1Si-0,2Ni. Inżynieria Materiałowa 1 (2013) 13÷18.
• [14] Michalak M., Michalczewski M., Wulczyński J.: Modyfikacja tribologicznego urządzenia badawczego T-21 przeznaczonego do badania materiałów w wysokiej temperaturze. Tribologia 6 (258) (2014) 79÷95.
• [15] Chim Y. C., Dzing X. Z., Zeng X. T., Zhang S.: Oxidation resistance of TiN, CrN, TiAlN and CrAlN coatings deposited by lateral rotating cathode arc. Tribology International 517 (2009) 4845÷4849.
• [16] Nohava J., Dessarzin P., Karvankova P., Morstein M.: Characterization of tribological behavior and wear mechanisms of novel oxynitride PVD coatings designed for applications at high temperatures. Tribology International 81 (2015) 231÷239.