Charakterystyka właściwości mechanicznych powłoki azotku tytanu na stopie aluminium z wykorzystaniem próby zarysowania i zgładów sferycznych

• Autorzy: Betiuk M. , Tacikowski M. , Kobus P. , Kulikowski K. , Smolik J.

Identyfikatory

DOI

10.15199/28.2015.3.11

Warianty tytułu

EN

Examinations of mechanical properties of titanium nitride coating on aluminium alloy using the scratch test and spherical microsection methods

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Ze względu na małą gęstość i inne korzystne właściwości oraz relatywnie przystępną cenę stopy aluminium są szeroko stosowane w różnorodnych obszarach w technice, umożliwiając znaczną redukcję masy wyrobów. Słabe właściwości powierzchniowe, w tym w zwłaszcza mała twardość i odporność na zużycie przez tarcie, stanowią ograniczenie dla ich jeszcze szerszego wykorzystania. W świetle wyników badań własnych i danych literaturowych wytwarzanie na stopach aluminium metodami PVD warstw powierzchniowych azotków umożliwiających ich wykorzystanie w warunkach zwiększonych narażeń mechanicznych, w tym zwłaszcza tribologicznych, wydaje się jednym z perspektywicznych rozwiązań Niewątpliwym ograniczeniem rzutującym na zachowania mechaniczne powłok azotków na stopach aluminium pod obciążeniem, zwłaszcza ich przyczepność, jest specyfika układu twarda powłoka PVD–miękkie podłoże, które cechuje duża, skokowa zmiana właściwości oraz adhezyjny charakter połączenia z podłożem. W pracy podjęto badania dwóch układów powłok azotku tytanu typu TiN na wybranych stopach aluminium do utwardzania wydzieleniowego z grupy durali. W badaniach analizowano system arologiczny stop Al–podwarstwa typu TiN-Ti (w tym w aspekcie wpływu obróbki cieplnej)–TiN oraz stop Al–podwarstwa typu TiN-Ti-Al–TiN. Przedmiotem badań była próba zaawansowanej charakterystyki metodą Recatest zachowań układu powłoka azotku tytanu–podłoże ze stopu aluminium na podstawie próby zarysowania. Istotą tej metody jest analiza precyzyjnych zgładów sferycznych wykonanych w różnych miejscach rysy. Przeprowadzone analizy badanych układów powłok na wybranych stopach aluminium wykazały przydatność metody Recatest do wizualizacji subtelnych zachowań układu twarda powłoka–plastyczne podłoże w warunkach próby zarysowania, ujawniając przy tym różnice przebiegu zarysowania poszczególnych wariantów powierzchniowych warstw azotku tytanu na stopach aluminium. Badania wykazały relatywnie dobrą plastyczność powłok azotku tytanu oraz korzystny wpływ obróbki cieplnej i pośredniej powłoki aluminium na przyczepność powłok do podłoża, a w konsekwencji spójność układu twardy azotek–plastyczne podłoże w warunkach zarysowania.

EN

Owing to low density and other advantageous properties and relatively affordable price the aluminium alloys are widely used in many sectors of science and industry, allowing for significant weight reduction of products. However, their relatively poor surface properties, including low hardness and poor resistance to friction wear significantly limit the variety of their applications. In the light of own research results and the literature data, covering of aluminium alloy surfaces with nitride coatings deposited using PVD methods seems to be one of promising solutions, as such surfaces allow using parts in the conditions of increased mechanical stresses, particularly the tribological ones. However, the unquestionable limitation which affect the mechanical behaviour of nitride coatings on aluminium alloys under load, particularly the adhesion, comes from the specific features of hard PVD coating–soft substrate system which is characterized by considerable, sudden change of properties and adhesive nature of connection with the substrate. The paper presents examinations of two systems of titanium nitride coatings on selected aluminium alloys from the duralumin group, designed for precipitation hardening. The areological system of Al alloy–TiN-Ti type sublayer (including the aspect of heat treatment)–TiN layer and the system of Al alloy–TiN-Ti-Al type sublayer–TiN layer were examined. The purpose of examinations was to obtain the advanced characteristics of the TiN coating–aluminium alloy substrate system behaviour using the Recatest method based on the scratch test. The essence of this method is the analysis of precise spherical microsections made in different points within the scratch area. The examinations of coating systems on selected aluminium alloys proved that the Recatest method is usable for visualisation of subtle behaviour of hard coating–plastic substrate systems during scratch test and for simultaneous revealing of differences in scratching of various versions of titanium nitride layers deposited on aluminium alloys. Among other things, the examinations demonstrated the relatively good plasticity of titanium nitride coatings and favourable influence of heat treatment and aluminium midlayer on the adhesion of coatings to the substrate and, in consequence, cohesion of the hard nitride–plastic substrate system in scratching conditions.

Słowa kluczowe

PL

stopy aluminium; aluminium; azotek tytanu; powłoki; metoda PVD; próba zarysowania; zgład sferyczny

EN

aluminium alloys; aluminium; titanium nitride; coatings; PVD method; scratch test; spherical microsection; Recatest method

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 36, nr 3
• Strony: 148--152
• Opis fizyczny: Bibliogr. 5 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Betiuk M.

• Instytut Mechaniki Precyzyjnej, Warszawa

autor

Tacikowski M.

• Politechnika Warszawska

autor

Kobus P.

• Politechnika Warszawska

autor

Kulikowski K.

• Politechnika Warszawska

autor

Smolik J.

• Instytut Technologii Eksploatacji – PIB, Radom

Bibliografia

• [1] Youming L., Liuhe L., Ming X., Qiulong C., Yawei H., Xun C., Paul K. C.: The effect of N+-implanted aluminum substrate on the mechanical properties of TiN films. Surface & Coatings Technology 200 (2006) 2672÷2678.
• [2] Ashrafizadeh F.: Plasma-assisted surface treatment of aluminium alloys to combat wear. Surface Engineering of Light Alloys (2010) 323÷361.
• [3] Tacikowski M., Banaszek M., Smolik J.: Corrosion-resistant composite titanium nitride layers produced on the AZ91D magnesium alloy by a hybrid method. Vacuum 99 (2014) 298÷302.
• [4] Burakowski T.: Areologia powstanie i rozwój. Biblioteka Problemów Eksploatacji. Radom ITeE (2007).
• [5] Betiuk M., Pokorska I., Nakonieczny A.: Zastosowanie metody rysy i kulo testera do oceny jakości powłok PVD. Inżynieria Powierzchni 3 (2009) 34÷40.