Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Struktura, morfologia i właściwości mechaniczne powłok AlCrN otrzymanych metodą katodowego odparowania łukowego

Gilewicz A., Jędrzejewski R., Myśliński P., Warcholiński B.

Inżynieria Powierzchni

|

2018

|

nr 2

61--69

PL

Powłoki AlCrN formowano na podłożach stalowych (HS6-5-2) przy użyciu katodowego odparowania łukowego. Badano wpływ ciśnienia azotu oraz napięcia polaryzacji podłoża na właściwości powłok CrAlN formowanych z katody Al80Cr20, takie jak: skład chemiczny i fazowy, morfologia ich powierzchni, szybkość nanoszenia, twardość i przyczepność do podłoża. Określono, że szybkość nanoszenia powłok w środowisku azotu o ciśnieniu 3 Pa jest największa, a wraz ze wzrostem ujemnego napięcia polaryzacji podłoża szybkość nanoszenia maleje. Parametr chropowatości Ra powierzchni powłok zmniejsza się wraz ze wzrostem ciśnienia azotu podczas ich formowania. Przypuszczalnie jest to związane ze zmniejszaniem się ilości makrocząstek na powierzchni powłoki. Twardość powłok (uwzględniając niepewność pomiarową) jest niezależna od ciśnienia azotu, ale zwiększa się wraz ze wzrostem ujemnego napięcia polaryzacji podłoża. Przyczepność powłoki zwiększa się wraz ze wzrostem ciśnienia azotu do 3–4 Pa, a następnie maleje. Wzrost ujemnego napięcia polaryzacji podłoża podczas formowania powłoki pogarsza jej przyczepność do podłoża.

EN

CrAlN coatings have been formed on steel substrates (HS6-5-2) using cathodic arc evaporation. The influence of nitrogen pres-sure and substrate bias voltage on the properties of CrAlN coatings formed from Al80Cr20 cathode, such as: chemical and phase composition of the coatings, their surface morphology, deposition rate, hardness and adhesion to the substrate have been investigated. It has been determined that the rate of the deposition of coatings in the nitrogen atmosphere with the pressure of 3 Pa is the highest and that with the increase of the negative bias voltage of the substrate the deposition rate decreases. The roughness parameter Ra of the coating surface decreases as the nitrogen pressure increases during their formation. Presumably, this is related to the reduction of the amount of macroparticles on the surface of the coating. The hardness of the coatings (taking into account the measurement uncertainty) is independent of the nitrogen pressure, but it increases with the increase of the negative bias voltage of the substrate. The adhesion of the coating increases with the increase of the nitrogen pressure to 3–4 Pa, and then it decreases. The increase in the negative bias voltage of the substrate during the formation of the coating deteriorates its adhesion to the substrate.

2

Struktura i morfologia powłok Zr-O-N formowanych metodą katodowego odparowania łukowego

Warcholiński B., Gilewicz A., Kuprin A. S., Ovcharenko V. D., Jędrzejewski R., Kuznetsova T. A.

Inżynieria Powierzchni

|

2018

|

nr 2

17--23

PL

Tlenoazotki metali przejściowych są materiałem powłokowym o cechach dekoracyjnych z uwagi na możliwość ich regulowanego zabarwiania oraz dobre właściwości mechaniczne. Powłoki tlenoazotku cyrkonu formowano metodą katodowego odparowania łukowego na stalowych podłożach. Badano zestaw powłok otrzymanych przy różnym względnym udziale objętościowym tlenu w reakcyjnej atmosferze podczas osadzania. Analizowano wpływ udziału tlenu na zabarwienie, morfologię powierzchni powłok i ich skład fazowy. Wraz ze wzrostem zawartości tlenu zmieniał się kolor cienkiej powłoki Zr-O-N od złocistożółtego do grafitowego. Obserwacja powierzchni powłok metodą skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) wykazała obecność defektów powierzchniowych w postaci makrocząstek o wymiarach od submikronowych do kilku mikrometrów, przy czym populacja najmniejszych mikrocząstek była największa. Stwierdzono także, że chropowatość powierzchni powłok Zr-O-N wzrasta wraz ze wzrostem względnego udziału objętościowego tlenu w atmosferze podczas osadzania. Metodą rentgenowskiej analizy fazowej wykazano, że faza tlenku cyrkonu wystąpiła przy względnym udziale tlenu równym 50%, a poniżej tej wartości obserwowano jedynie fazę ZrN. Wielkość parametru regularnej komórki elementarnej powłok Zr-O-N wzrasta wraz ze wzrostem względnego udziału tlenu w atmosferze, przy jednoczesnym zmniejszeniu się natężenia linii dyfrakcyjnych powłok.

EN

Oxynitrides of transitional metals are a coating material with decorative features due to the possibility of their adjustable colouring and good mechanical properties. The coatings of zirconium oxynitride have been deposited by the method of cathodic arc evaporation onto steel substrates. A set of coatings obtained at different relative volumetric concentrations of oxygen in the reaction atmosphere during deposition has been investigated. The influence of oxygen concentration on the colour, surface morphology and phase composition of the coatings has been analyzed. With the increase of oxygen content, the colour of the thin Zr-O-N coating has changed from golden-yellow to graphite. Observation of the surface of the coatings by means of the SEM method has shown the presence of surface defects in the form of macroparticles ranging from a submicron to several micrometers, with the smallest microparticle population being the largest. It has also been found that the surface roughness of the Zr-O-N coatings increases as the relative volumetric concentration of oxygen in the atmosphere during deposition increases. By means of X-ray diffraction analysis it has been shown that the zirconium oxide phase has occurred with a relative oxygen concentration of 50%, whereas below this value only the ZrN phase has been observed. The value of the parameter of the regular elementary cell of the Zr-O-N coatings increases as the relative concentration of oxygen in the atmosphere increases, while at the same time the intensity of the diffraction lines of the coatings decreases.

3

A comparative research on mechanical properties of monolayer, gradient and multi-module coatings on CrN(C) base

Mydłowska K., Libralesso L., Szparaga Ł., Gilewicz A., Ratajski J.

Inżynieria Materiałowa

|

2018

|

Vol. 39, nr 1

8--14

EN

Chromium has been used for decades for the production of relatively thick, hard, wear resistant coatings in a wide range of industries — including the automotive and aircraft industry. Whilst traditional hard chromium finished coatings have no known health hazards, the chemicals, used in the process of application, comprise hexavalent chromium compounds (Cr6+ ions) and chromium in this state is extremely toxic. Due to the European directive on chemicals (REACH), hard chromium coatings, produced from highly toxic and carcinogenic baths, must be replaced by “green” solutions. In certain applications, the coatings obtained by PVD method can be the alternative to hard chromium electroplating where superior wear resistance to that of hard chromium electroplate is required — especially if a thin coating is suitable. Among PVD coatings, the chrome nitride coatings have demonstrated to possess excellent wear resistance properties. In this article was presented a fragment of research on this subject, carried out as part of an international research project CORNET, whose aim was to develop technologies of anti-wear and anti-corrosion coatings as replacements for hard chromium and cadmium coatings for applications in the aerospace and automotive industries. In particular, the article contains a description of the investigation of the mechanical properties of monolayer, gradient and multi-module coatings on CrN(C) base deposited with use of the cathodic arc evaporation CAE-PVD method on nitrided steel 42CrMo4 and additionally in the case of gradient and multi-module coatings on substrates of HS6–5–2 steel. The investigation includes the adhesion analysis by scratch test and by the Rockwell C indentation test (VDI — Verein Deutscher Ingenieure indentation test) tribomechanical analysis by pin–on–disc, measurement of friction coefficient and nanoindentation tests.

PL

W związku z europejską dyrektywą dotyczącą chemikaliów (REACH) twarde powłoki chromowe, produkowane w toksycznych i rakotwórczych kąpielach, muszą być zastąpione przez rozwiązania „zielone”. W niektórych zastosowaniach, między innymi w przemyśle lotniczym, powłoki otrzymywane metodą PVD mogą być alternatywą dla powłok z twardego chromu. Wokół tego problemu zogniskowano badania, których fragment opisano w artykule. Zasadniczym celem tych badań było porównanie właściwości tribomechanicznych powłok jednowarstwowych CrN oraz wielomodułowych i gradientowych CrN/CrCN osadzanych na azotowanych podłożach ze stali 42CrMo4 oraz dodatkowo w przypadku powłok wielomodułowych i gradientowych na podłożach ze stali HS6–5–2.

4

Investigation on the influence of ZrC coatings structure on their resistance to corrosion and antimicrobial properties

Ratajski J., Szparaga Ł., Mydłowska K., Dobruchowska E., Czerwińska E., Gilewicz A.

Engineering of Biomaterials

|

2018

|

Vol. 21, no. 148

72

5

Investigation of mechanical and anticorrosive properties of ZrC coatings deposited by magnetron sputtering technique

Szparaga Ł., Mydłowska K., Dobruchowska E., Bartosik P., Gilewicz A., Ratajski J.

Engineering of Biomaterials

|

2018

|

Vol. 21, no. 148

73

6

Electrospinning of bio-nano-cellulose (BNC) nanofibers equipment

Ceynowa P., Kubiak K., Kołodziejczyk M., Gilewicz A., Warcholiński B., Bielecki S., Mitura S.

Engineering of Biomaterials

|

2018

|

Vol. 21, no. 148

18

7

Antimicrobial activity of MW PACVD +R modified detonation nanodiamond particles (DND)

Ceynowa P., Czerwińska E., Gilewicz A., Warcholiński B., Ratajski J.

Engineering of Biomaterials

|

2018

|

Vol. 21, no. 148

17

8

Analysis of Thermal Stability of CrCN Coatings Deposited on Nitrided Substrates Using Modulated Temperature Thermodilatometry

Mydłowska K., Myśliński P., Szparaga Ł., Ratajski J., Gilewicz A., Jędrzejewski R.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2017

|

Vol. 62, iss. 2A

771--776

EN

The aim of the research was to investigate the influence of nitriding of the substrate made of 42CrMo4 steel on thermal stability of the antiwear CrCN coating deposited on its surface using Cathodic Arc Evaporation method. Samples of non-nitrided and nitrided substrate/CrCN coating systems were tested with Modulated Temperature Thermodilatometry, which program included system annealing in 26 h, temperature of 290°C and argon atmosphere. Recorded during tests, changes in substrate elongation in response for changes of sample temperature, enabled qualitative determination of changes in stress states in the coatings as a result of samples annealing. Annealing of the system with nitrided substrate resulted in smaller change in residual stress in coating than for the system with non-nitrided substrate, which can indicate its better thermal stability. Values of residual stresses in coatings calculated by sin2ψ method before and after annealing on the basis of tests performed using X-Ray diffraction, agree with results of dilatometric tests.

9

Wybrane właściwości mechaniczne powłok AlCrN otrzymanych metodą katodowego odparowania łukowego

Gilewicz A., Goluch B., Kukliński Z., Warcholiński B.

Mechanik

|

2016

|

R. 89, nr 5-6

538--539

PL

W pracy porównano wybrane właściwości mechaniczne powłok decydujące o ich odporności na zużycie: twardość i przyczepność do podłoża. Powłoki AlCrN otrzymywano w szerokim zakresie ciśnień azotu z katod AlCr o składzie 70:30 i 50:50. Badano także szybkość nanoszenia powłok i chropowatość ich powierzchni.

EN

In paper the selected mechanical properties of coatings which determine their wear resistance, i.e. hardness and adhesion to the substrate were compared. AlCrN coatings were obtained using cathode composition of AlCr 70:30 and 50:50 in a wide range of nitrogen pressure. The coating deposition rate and the surface roughness were also investigated.

10

Wpływ temperatury nanoszenia i grubości powłok CrN na ich strukturę i właściwości ochronne

Warcholiński B., Jędrzejewski R., Gilewicz A., Murzyński D., Dobruchowska E., Szparaga Ł., Ratajski J.

Inżynieria Powierzchni

|

2016

|

nr 1

3--10

PL

W pracy oceniono wpływ temperatury osadzania i grubości powłok CrN na podłożu z azotowanej ulali 42CrMo4 na ich budowę krystaliczną oraz właściwości antykorozyjne. Powłoki o grubościach z zakresu 5- 25 µm formowano w temperaturze 350°C i 450°C. Wykazano, że temperatura procesu osadzania wywiera istotny wpływ na orientację krystalograficzną ziaren w powłoce CrN. W powłoce formowanej w temperaturze 350°C największą intensywność zarejestrowano dla Unii dyfrakcyjnej (220), natomiast w powłoce osadzanej w 450°C największą intensywnością charakteryzowała się orientacja krystalograficzna (111). Powłoki CrN osadzane w 450°C wykazują lepsze właściwości ochronne niż formowane, w temperaturze 350°C, przy czym najwyższą odpornością na korozję elektrochemiczną charakteryzuje się układ podłoże-powłoka CrN o grubości 25 µm.

EN

The aim of this study was to evaluate the influence of the deposition temperature and the thickness of the CrN coatings, which were deposited onto the nitrided 42CrMo4 steel substrate, on their crystalline structure and anti-corrosion properties. The coatings with the thicknesses within the range of 5-25 µm were formed at the temperatures of 350°C and 450°C. It was pointed out that the temperature of the deposition process exerts a significant influence on the crystallographic orientation of the grains inside the CrN coating. In the coating formed at the temperature of 350°C the highest intensity was recorded for the diffraction line (220), while m the coating deposited at the temperature of 450°C the greatest intensity was characteristic for the crystallographic orientation (III). The CrN coatings deposited at the temperature of 450°C show better protective properties than the ones which are formed at the temperature of 350°C, whilst the system with the CrN coating thickness of 25 µm is distinguished by the best resistance to electrochemical corrosion.

11

Ocena jakości powłokowych systemów areologicznych stal narzędziowa HS6-5-2, powłoka CrN/CrCN o różnym parametrze modulacji λ metodą Recatest

Betiuk M., Warcholiński B., Gilewicz A.

Inżynieria Powierzchni

|

2016

|

Nr 4

58--64

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań mikrostruktury i właściwości powłok PVD typu CrN/CrCN o grubości 4,8 µm o różnym parametrze modulacji. Szczególną uwagę zwrócono na problematykę oceny jakości powłok wielowarstwowych na podstawie wyników badań przy zastosowaniu metody Recatest (test rysy + zgład sferyczny). Stwierdzono, że powłoki charakteryzują się dużą przyczepnością do podłoża, powyżej 100 N, a powłoka złożona z ośmiu modułów o parametrze modulacji λ = 0,60 µm nawet 120 N.

EN

This report presents the results of microstructure tests and the properties of CrN/CrCN type coatings with a thickness of 4.8 µm with varying modulation parameters. Particular attention was paid to the problem of assessing the quality of multilayer coatings based on test results using the Recatest methods (scratch test + spherical metallographic section test). It was found that coatings investigated show large adhesion, above 100 N and coating composed from 8 modules, each of 0.60 µm in thickness even 120 N.

12

Wybrane aspekty projektowania powłok PVD do różnych zastosowań

Gilewicz A.

Inżynieria Powierzchni

|

2015

|

nr 2

15--25

PL

W artykule, omówiono wymagania stawiane materiałom stosowanym na powłoki oraz materiałom podłożowym. Scharakteryzowano materiały stosowane na powłoki przeciwzużyciowe oraz ich właściwości fizyczne i mechaniczne. Przedstawiono możliwość projektowa¬nia powłok w oparciu o twardość, zdolność do plastycznego odkształcenia (H/E), podejście krystalochemiczne. Wskazano na możliwości kształtowania właściwości powłok wieloskładnikowych powstałych na skutek domieszkowania różnymi pierwiastkami lub doboru parametrów procesu technologicznego. Przybliżono ideę obróbki hybrydowej zarówno materiału podłoża, jak i modyfikacji jego warstwy wierzchniej powłoką PVD, która umożliwia uzyskanie znaczącej poprawy właściwości użytkowych nieosiągalne w przypadku pojedynczego procesu.

EN

In the paper the requirements for materials applied as the coatings and substrate materials arę discussed. The materials used for coatings and their antiwear, physical and mechanical properties arę characterized. The opportunity to coatings design based on hardness, elastic strain to failure (related to H/E), and crystal-chemical approach is presented. The possibilities of forming propeties of multicomponent coatings caused by doping by different elements, or the selection of technological process parameters arę pointed. The idea ofa hybrid treatment both the substrate material and modify its surface layer by PVD coating that enable significant improvement of performance unattainable in the case of a single process is also brought closer.

13

Właściwości powłok AlCrN otrzymanych metodą katodowego odparowania łukowego

Gilewicz A., Warcholiński B.

Inżynieria Powierzchni

|

2015

|

nr 4

11--18

PL

Powłoki AlCrN formowane są wieloma metodami, m.in. w procesie katodowego odparowania łukowego. Charakteryzuje się on dużą szybkością nanoszenia, ale gorszą jakością powierzchni w porównaniu z powłokami uzyskanymi np. metodą rozpylania magnetronowego. W niniejszej pracy opisano wpływ parametrów technologicznych (ciśnienia azotu w komorze roboczej, temperatury i napięcia polaryzacji podłoża) na niektóre właściwości mechaniczne, skład chemiczny oraz stan powierzchni otrzymywanych powłok. Zaobserwowano występowanie stosunkowo dużej ilości makrocząstek na powierzchni powłoki zależne od ciśnienia azotu i napięcia polaryzacji podłoża. Rezultaty badań wskazują, że wraz ze wzrostem ciśnienia azotu parametr chropowatości powłok Ra maleje, a wraz ze wzrostem napięcia polaryzacji podłoża jest prawie stały. Twardość powłok jest zależna od parametrów ich formowania: zwiększa się wraz ze wzrostem ciśnienia azotu w komorze i napięcia polaryzacji podłoży podczas formowania powłok, a maleje wraz ze wzrostem temperatury. Powłoki AlCrN charakteryzują się bardzo dobrą przyczepnością do podłoża. Siła krytyczna dla powłok otrzymywanych w ciśnieniu azotu od 0,8 Pa do 4 Pa jest stała i wynosi ok. 90 N, natomiast siła krytyczna dla powłok formowanych przy wyższych napięciach polaryzacji podłoża maleje do ok. 60 N.

EN

AlCrN coatings are formed by means of different deposition methods, among others cathodic arc evaporation. On one hand, this method is characterized by high deposition rate but on the other hand, the surface shows poorer quality than, for example, the surface gained by means of agnetron sputtering method. This paper describes the influence of process parameters (nitrogen pressure in the working chamber, temperature and substrate bias voltage) on some mechanical properties, chemical composition and the surface quality of the obtained coatings. Relatively large number of macroparticles on the surface of the coating dependent upon the nitrogen pressure and substrate bias voltage was observed. The research results indicate that along with the increasing nitrogen pressure coating the profile roughness parameter Ra coating decreases, and along with the increasing substrate bias voltage it is almost constant. The hardness of the coatings depends on the parameters of their formation: it increases along with the increase of the nitrogen pressure in the chamber and along with the substrate bias voltage during the formation of the coating, and it decreases along with the increasing temperature. AlCrN coatings are characterized by very good adhesion to the substrate. The critical force for the coatings obtained in the nitrogen pressure of 0.8 Pa to 4 Pa is fixed at about 90 N, but the critical force for the coatings formed at the high substrate bias voltage is reduced to about 60 N.

14

Struktura i właściwości powlok CrCN otrzymanych metodą katodowego odparowania łukowego w układzie stacjonarnym

Warcholiński B., Gilewicz A., Łupicka O., Kolodiy I. V., Kuprin A. S., Ovcharenko V. D., Tolmachova G. N.

Inżynieria Powierzchni

|

2015

|

nr 4

62--71

PL

Powłoki ochronne na narzędziach i częściach maszyn to skuteczny sposób na poprawę ich trwałości. Ze względu na dobrą odporność na utlenianie i zużycie powłoki azotku chromu są powszechnie stosowane w przemyśle. Prowadzone są prace zmierzające do dalszej poprawy właściwości powłok, m. in. poprzez domieszkowanie węglem, oraz rozszerzenia zakresu zastosowań. Celem pracy było określenie wpływu zmian ciśnienia azotu i napięcia polaryzacji podłoża na szybkość nanoszenia, chropowatość, strukturę krystalograficzną, twardość, przyczepność do podłoża oraz zużycie powłok CrCN otrzymanych na podłożach ze stali HS6-5-2 w układzie stacjonarnym (bez obrotu podłoży) i porównanie z odpowiednimi właściwościami powłok CrN formowanych w tożsamych warunkach. Stwierdzono, że grubości powłok uzyskanych na przedniej stronie podłoża są zbliżone, niezależnie od warunków technologicznych formowania. Powłoki formowane na tylnej stronie podłoża charakteryzowały się około trzykrotnie mniejszą grubością. Badania struktury krystalicznej powłok prowadzono na urządzeniu DRON 4. Wykazały one, że w zależności od doboru parametrów procesu technologicznego i umieszczenia podłoży możliwe jest wytworzenie powłok o różnej dominującej orientacji sieci krystalograficznych. Powłoki są silnie steksturowane - współczynnik tekstury zależy od warunków formowania powłoki.

EN

Protective coatings on tools and machine parts is an effective way to improve their durability. Due to good resistance to oxida-tion and wear chromium nitride coatings are widely used in industry. The works aimed at further improving, for exampie by carbon doping, the properties of the coatings and to extend its applications are carried out. The goal of this study was to investigate the effect of nitrogen pressure and substrate bias voltage on the deposition rate, roughness, structure, hardness, adhesion and wear of CrCN coatings formed on HS6-5-2 steel substrates in stationaty system (without substrates rotation) and comparison with adequate properties of CrN coating formed in similar conditions. It was found that coating thicknesses obtained on the front side of the substrate are approximately the same regardless of technological conditions of deposition. The coatings formed on the reverse side of the substrate characterize about three times lower thickness. The studies of the crystal structure of the coatings was performed on a DRON 4 device. X-rays investigations showed that it is possible to form coatings with different dominant crystallographic orientation of the lattice depending on the selection ofprocess parameters and placement of substrates.

15

Struktura powłok CrN wytworzonych metodą katodowego odparowania łukowego w układzie stacjonarnym

Warcholiński B., Gilewicz A., Łupicka O., Kolodiy I. V., Kuprin A. S.

Inżynieria Materiałowa

|

2015

|

Vol. 36, nr 5

296--300

PL

Powłoki ochronne na narzędziach i częściach maszyn to skuteczny sposób na poprawę ich trwałości. Ze względu na dobrą odporność na utlenianie i zużycie powłoki azotku chromu są powszechnie stosowane w przemyśle. Prowadzone są prace zmierzające do dalszej poprawy właściwości powłok oraz rozszerzenia zakresu zastosowań. Celem pracy było zbadanie wpływu ciśnienia azotu pN2 i natężenia polaryzacji podłoża UB na szybkość nanoszenia, chropowatość i strukturę powłok Cr–N otrzymanych na podłożach ze stali HS6-5-2 o średnicy 32 mm. Podłoża umieszczono równolegle do katody, a powłoki formowano na ich stronie przedniej i tylnej. Stwierdzono, że grubość powłok uzyskanych na przedniej stronie podłoża jest w przybliżeniu jednakowa niezależnie od pN2 i UB. W przypadku powłok formowanych na odwrotnej stronie podłoża ze wzrostem pN2 grubość powłoki rośnie, a ze wzrostem UB nie wykazuje monotonicznego charakteru zmian. Badania struktury krystalicznej powłok prowadzono na urządzeniu DRON 4. Stwierdzono, że ze wzrostem ciśnienia azotu następuje zmiana struktury fazowej zależna od strony podłoża, na której formowana jest powłoka. Na przedniej stronie podłoża można zaobserwować przemianę Cr2N → CrN, natomiast na tylnej Cr + Cr2N → Cr2N + CrN → CrN. Wzrost napięcia polaryzacji podłoża powoduje zmianę uprzywilejowanej orientacji płaszczyzn, a także w wyniku rozpylania wstecznego przemianę fazową CrN → Cr2N + CrN. Powłoki są silnie steksturowane, współczynnik tekstury zależy od warunków formowania powłoki, to jest ciśnienia azotu i napięcia polaryzacji podłoża.

EN

Protective coatings on tools and machine parts is an effective way to improve their durability. Due to good resistance to oxidation and wear chromium nitride coatings are widely used in industry. The works aimed at further improving the properties of the coatings and to extend its applications are carried out. The goal of this study was to investigate the effect of nitrogen pressure pN2 and substrate bias voltage UB on the deposition rate, roughness and structure of Cr–N coatings formed on HS6-5-2 steel substrates with a diameter of 32 mm. Substrates were placed parallel to the cathode, and a coating was formed on their front and reverse sides. It was found that coating thicknesses obtained on the front side of the substrate are approximately the same regardless of pN2 and UB. In the case of coatings formed on the reverse side of the substrate with increasing of pN2 the coating thickness increases, and the increase of UB does not show the monotone character changes of the coating thickness. The studies of the crystal structure of the coatings was performed on a DRON 4 device. It was found that with increasing nitrogen pressure the change of phase composition depends on the substrate side on which the coating is formed. On the front side of the substrate can be observed conversion of Cr2N → CrN, while on the reverse side: Cr + Cr2N → Cr2N + CrN → CrN. Increase in substrate bias voltage changes the preferred orientation of the planes, and as a result of resputtering the phase change CrN → Cr2N + CrN. The coatings are highly textured, the texture coefficient depends on the conditions of formation of the coating, i.e. nitrogen pressure and substrate bias voltage.

16

Odporność na zużycie i korozję powłok wielowarstwowych CrCN/CrN wytworzonych na azotowanej stali 42CrMo4 metodą katodowego odparowania łukowego

Gilewicz A., Murzyński D., Dobruchowska E., Olik R., Ratajski J., Warcholiński B.

Inżynieria Materiałowa

|

2015

|

Vol. 36, nr 5

286--290

PL

Azotki metali przejściowych formowane metodami PVD charakteryzują się właściwościami będącymi przedmiotem wielu zastosowań. Powłoki z azotku chromu wykazują dobrą odporność na utlenianie, zużycie i korozję. Można ją poprawić przez formowanie struktury wielowarstwowej, w której przerywana jest mikrostruktura kolumnowa (typowa dla powłok jednowarstwowych PVD), co znacznie zmniejsza potencjalne źródło korozji zachodzącej wzdłuż kolumn. Dodatkowo wprowadzenie węgla do azotku chromu powoduje rozdrobnienie mikrostruktury, odpowiadające zarówno za poprawę właściwości mechanicznych powłoki, jak i zwiększenie odporności na korozję. Celem pracy było wytworzenie powłoki wielowarstwowej CrCN/CrN metodą katodowego odparowania łukowego na azotowanych podłożach ze stali 42CrMo4, charakteryzujących się różnym składem azotków żelaza w ich strefie przypowierzchniowej oraz ocena odporności na zużycie i korozję w 3% roztworze NaCl. Stwierdzono, że ograniczenie wydzieleń azotkowych ε (Fe2-3N) i γ′ (Fe4N) na zewnętrznej powierzchni podłoża ma decydujące znaczenie dla przyczepności powłok CrCN/CrN oraz odporności na korozję. Podłoża azotowane w potencjale azotowym KN = 1,1 nie wykazywały w badaniach rentgenowskich faz ε i γ′. Skutkowało to mniejszym wskaźnikiem zużycia powłoki, większą przyczepnością powłoki do podłoża, a także wyższym potencjałem korozyjnym i mniejszą gęstością prądu korozyjnego w porównaniu z powłoką naniesioną na podłoże nieazotowane lub azotowane w wyższym potencjale azotowym.

EN

Transition metal nitrides formed by PVD methods are characterized by properties which are subject to many applications. Chromium nitride coatings show good resistance to oxidation, wear and corrosion. It can be improved through the formation of a multilayer structure, wherein the columnar microstructure (typical for monolayer coating PVD) is interrupted, which significantly reduces a potential source of corrosion occurring along the columns. In addition, the introduction of carbon to chromium nitride causes refinement of microstructure, corresponding to both the improvement of the mechanical properties of the coating and increased resistance to corrosion. The aim of the work was to produce CrCN/CrN multilayer coating by cathodic arc evaporation on a not nitrided and nitrided 42CrMo4 steel substrates. The nitriding was characterized by varying the composition of iron nitrides in the surface zone. The samples were tested for adhesion, resistance wear and corrosion resistance in 3% NaCl solution. It has been found that the reduction of nitride precipitates of ε (Fe2-3N) and γ′ (Fe4N) on the outer surface of the substrate is critical for the adhesion of CrCN/CrN coatings and corrosion resistance. Substrates nitrided in nitrogen potential KN = 1.1 did not show in X-ray studies ε and γ′ phases. This resulted in a lower wear rate of the coating, a higher adhesion of the coating to the substrate, higher corrosion potential and lower corrosion current density compared to the coating deposited on not nitrided or nitrided in higher nitrogen potential.

17

Modelowanie stanu odkształceń w gradientowych powłokach CrN/CrCN

Szparaga Ł., Bartosik P., Gilewicz A., Kwaśny W., Ratajski J.

Inżynieria Materiałowa

|

2015

|

Vol. 36, nr 6

488--492

PL

Celem pracy było zbadanie różnic w stanach odkształceń własnych powstałych na skutek zadanych obciążeń mechanicznych w powłokach CrN/CrCN z gradientową warstwą przejściową pomiędzy CrN i CrCN. Powłoki zostały osadzone techniką PVD (Physical Vapour Deposition), metodą katodowego odparowania łukowego na podłożu ze stali 42CrMo4. Całkowita grubość osadzonych powłok wynosiła 8 μm, a gradientowa warstwa przejściowa pomiędzy CrN a CrCN miała grubość 2 μm. W modelu matematycznym warstwa gradientowa była reprezentowana przez tzw. funkcje przejścia opisujące przestrzenną zmianę parametrów materiałowych warstwy, takich jak: moduł Younga, współczynnik Poissona, współczynnik rozszerzalności cieplnej, granica sprężystości i moduł wzmocnienia. Rozważono dwa typy warstw gradientowych o różnych profilach zawartości węgla opisywanych przez funkcje potęgowe. Wykorzystując znajomość naprężeń własnych w powłokach po procesie osadzania (pomiar metodą dyfrakcji rentgenowskiej), wykazano na drodze symulacji numerycznych za pomocą MES różnice w stanach efektywnych odkształceń plastycznych powstałych na skutek obciążeń zewnętrznych. Pokazano na przykładzie, iż warstwy gradientowe reprezentowane przez potęgowe funkcje przejścia o wykładniku p > 1 cechują się mniejszymi strefami dużych odkształceń plastycznych na granicy działania obciążeń zewnętrznych w porównaniu z warstwami gradientowymi o p < 1. Wynika z tego, iż powłoki z warstwami gradientowymi mające p > 1 cechuje większa odporność na kruche pękanie.

EN

The aim of the study was to analyse differences in the states of internal deformation, caused by mechanical loads, in the coatings CrN/CrCN with a gradient transition layer between CrN and CrCN. The coatings were deposited using PVD technique (Physical Vapour Deposition) by cathodic arc evaporation on a substrate made from 42CrMo4 steel. The total thickness of the deposited coatings was 8 μm, and the gradient transition layer between CrN and CrCN had a thickness of 2 μm. In mathematical model, gradient layer was represented by the so called transition functions, describing the spatial change of the layer’s material parameters, such as Young’s modulus, Poisson ratio, coefficient of thermal expansion, yield strength and tangent modulus. In particular, were considered two types of gradient layers with different profiles of carbon concentration described by a power function. Using knowledge of the residual stress in the coating after the deposition process (measured by X-ray diffraction), has been shown by numerical simulation based on FEM, the differences in the states of effective plastic strain, caused by external loads. In particular, was shown on the example that the gradient layer represented by a power transition functions of the exponent p > 1 are characterized by smaller zones of high plastic strain on the boundary of applied external loads in comparison to the gradient layers with p < 1. This fact indicates, that the coatings with gradient layers with p > 1 are characterized by an larger fracture toughness.

18

Identyfikacja zmian stanu naprężeń w powłokach PVD z wykorzystaniem czujnika przemieszczeń liniowych

Mydłowska K., Myśliński P., Szparaga Ł., Gilewicz A., Kamasa P., Ratajski J.

Inżynieria Materiałowa

|

2015

|

Vol. 36, nr 1

37--41

PL

W artykule opisano wykorzystanie doświadczalnej metody badawczej opartej na DL TMA z modulacją temperatury do detekcji efektów termomechanicznych w systemach podłoże–powłoka PVD. Przedstawiono rezultaty badania dwóch rodzajów powłok wielowarstwowych CrN/CrCN — z gradientową warstwą przejściową i bez warstwy przejściowej pomiędzy podwarstwami CrN i CrCN na podłożu ze stali SW7M. Zastosowanie modulacji temperatury oraz czujnika przemieszczeń liniowych o odpowiedniej rozdzielczości pozwala na identyfikację różnicy w zmianach właściwości termomechanicznych tych powłok, w szczególności zmian stanu naprężeń. Na podstawie otrzymanych rezultatów było możliwe określenie ich stabilności termicznej, w tym ujawnienie zmian przyczepności powłok. Rezultaty potwierdzają potencjalnie korzystniejsze właściwości eksploatacyjne powłok gradientowych w porównaniu z klasycznymi powłokami warstwowymi. Badana powłoka CrN/CrCN z warstwą przejściową cechuje się wyraźnie większą stabilnością termiczną od powłoki bez warstwy przejściowej.

EN

This paper describes the use of experimental research method based on the modulated temperature DL TMA to detect the thermomechanical effects in substrate–PVD coating systems. The paper presents the results of testing the two types of multilayer coatings — CrN/CrCN with a gradient transition layer and without transition layer between CrN and CrCN on the SW7M steel substrate. The use of temperature modulation and high resolution linear displacement sensor allows identification of the difference in the changes of thermomechanical properties of these coatings, in particular the changes in the stress state. Based on the obtained results it was possible to evaluate their thermal stability and reveal the changes of adhesion of coatings. The results confirm the potentially superior performance characteristics of gradient coatings compared to the classic multilayer coatings. The CrN/CrCN with a transition layer is characterized by a substantially higher thermal stability than the coating without a transition layer.

19

Dylatometryczna metoda badania właściwości termomechanicznych powłok gradientowych CrN/CrCN

Myśliński P., Szparaga Ł., Gilewicz A., Kamasa P., Ratajski J.

Inżynieria Materiałowa

|

2015

|

Vol. 36, nr 2

96--100

PL

W pracy opisano zagadnienia dotyczące wykorzystania metod dylatometrycznych do celów badania właściwości termomechanicznych gradientowych powłok PVD. Badania zostały przeprowadzone na trzech rodzajach powłok CrCN/CrN różniących się charakterem zmian parametrów fizykochemicznych w gradientowej warstwie przejściowej, osadzonych na podłożu molibdenowym metodą katodowego odparowania łukowego. Zakres badań eksperymentalnych obejmował analizę zmian przesunięć fazowych między „wymuszeniem” cieplnym a „odpowiedzią” dylatometryczną systemu podłoże–powłoka PVD. Otrzymane wyniki eksperymentalne wskazują, że zaproponowana metoda badania zmian właściwości termomechanicznych systemów podłoże/gradientowa powłoka PVD umożliwia klasyfikację tych systemów ze względu na stabilność termiczną. Ponadto analiza zmiany przesunięcia fazowego Φ pomiędzy wydłużeniem podłoża systemu a jego temperaturą umożliwia badanie bezwładności termomechanicznej systemów.

EN

The paper describes the issues relating to the use of dilatometric methods for the study of thermomechanical properties of PVD gradient coatings. Tests were conducted on three types of coatings CrCN/CrN, differing in character of the change of physicochemical parameters in the gradient transition layer, deposited on molybdenum substrate by the method of cathodic arc evaporation. The scope of experimental studies included analysis of the changes of phase shifts between the thermal “extortion” and the dilatometric “response” of the substrate–PVD coating system. The experimental results indicate that the proposed investigation method of the change of thermomechanical properties of the system substrate/PVD gradient coatings allows the categorization of these systems from the point of view of thermal stability. In addition, analysis of the change of the phase shift Φ between the elongation of the substrate and the temperature enables the study of thermomechanical inertia of the systems.

20

Optimization Of Multi-Module CrN/CrCN Coatings

Szparaga Ł., Bartosik P., Gilewicz A., Ratajski J.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 2A

1037--1043

EN

In the paper was proposed optimization procedure supporting the prototyping of the geometry of multi-module CrN/CrCN coatings, deposited on substrates from 42CrMo4 steel, in respect of mechanical properties. Adopted decision criteria were the functions of the state of internal stress and strain in the coating and substrate, caused by external mechanical loads. Using developed optimization procedure the set of optimal solutions (Pareto-optimal solutions) of coatings geometry parameters, due to the adopted decision criteria was obtained. For the purposes of analysis of obtained Pareto-optimal solutions, their mutual distance in the space of criteria and decision variables were calculated, which allowed to group solutions in the classes. Also analyzed the number of direct neighbors of Pareto-optimal solutions for the purposes of assessing the stability of solutions.

PL

W pracy została zaproponowana procedura optymalizacyjna wspomagająca dobór geometrii wielomodułowych powłok CrN/CrCN, osadzonych na podłożu ze stali 42CrMo4, pod kątem właściwości mechanicznych. Przyjęte kryteria decyzyjne były funkcjami stanu naprężeń oraz odkształceń wewnętrznych w powłoce i podłożu, powstałych na skutek mechanicznych obciążeń zewnętrznych. Wykorzystując opracowaną procedurę uzyskano zbiór optymalnych wartości parametrów geometrii powłok (rozwiązania Pareto-optymalne), ze względu na przyjęte kryteria decyzyjne. Do celów analizy otrzymanych rozwiązań określono ich wzajemne odległości w przestrzeni kryteriów i zmiennych decyzyjnych, co umożliwiło pogrupowanie rozwiązań w klasy. Analizowano również liczbę bezpośrednich sąsiadów rozwiązań Pareto-optymalnych w celach oceny stabilności rozwiązań.