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

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

4

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

5

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.

6

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.

7

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.

8

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.

9

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.

10

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.

11

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.

12

Powłoki nowej generacji elementów środków transportu

Łupicka O., Warcholiński B.

Logistyka

|

2014

|

nr 3

4011--4019

PL

Cienkie powłoki nanoszone są na podłoża charakteryzujące się stosunkowo niską chropowatością powierzchni oraz trwałym związaniem warstwy wierzchniej z rdzeniem. Równie istotną wielkością jest twardość podłoża. Można ją zwiększyć np. poprzez obróbkę mechaniczną, jaką jest kulowanie lub cieplnochemiczną, np. azotowanie. W pracy przedstawiono wyniki badań twardości podłoży oraz adhezji cienkiej powłoki CrN do podłoży kulowanych oraz azotowanego w odniesieniu do podłoża w stanie wyjściowym. Uzyskane wyniki potwierdziły, że wzrost wartości czasu ekspozycji (przy stałym ciśnieniu powietrza) w zakresie 120s - 600 s powoduje wzrost twardości od 405 HV5 do 502 HV5, przy podłożu w stanie wyjściowym 299 HV5. Ze wzrostem twardości powierzchniowej rośnie znacząco parametr chropowatości powierzchni Ra (około 20 razy). Przyczepność powłoki CrN badano metodą rysy i w teście Daimlera Benza. Nie zaobserwowano znaczących różnic przyczepności powłoki do podłoży kulowanych i w stanie wyjściowym. Znaczący wzrost przyczepności (około 2 razy) zaobserwowano dla powłoki osadzonej na podłożu azotowanym. Wyniki testu Daimlera-Benza są zbieżne z wynikami testu rysy.Cienkie powłoki nanoszone są na podłoża charakteryzujące się stosunkowo niską chropowatością powierzchni oraz trwałym związaniem warstwy wierzchniej z rdzeniem. Równie istotną wielkością jest twardość podłoża. Można ją zwiększyć np. poprzez obróbkę mechaniczną, jaką jest kulowanie lub cieplnochemiczną, np. azotowanie. W pracy przedstawiono wyniki badań twardości podłoży oraz adhezji cienkiej powłoki CrN do podłoży kulowanych oraz azotowanego w odniesieniu do podłoża w stanie wyjściowym. Uzyskane wyniki potwierdziły, że wzrost wartości czasu ekspozycji (przy stałym ciśnieniu powietrza) w zakresie 120s - 600 s powoduje wzrost twardości od 405 HV5 do 502 HV5, przy podłożu w stanie wyjściowym 299 HV5. Ze wzrostem twardości powierzchniowej rośnie znacząco parametr chropowatości powierzchni Ra (około 20 razy). Przyczepność powłoki CrN badano metodą rysy i w teście Daimlera Benza. Nie zaobserwowano znaczących różnic przyczepności powłoki do podłoży kulowanych i w stanie wyjściowym. Znaczący wzrost przyczepności (około 2 razy) zaobserwowano dla powłoki osadzonej na podłożu azotowanym. Wyniki testu Daimlera-Benza są zbieżne z wynikami testu rysy.

EN

The substrates to thin films deposition should be characterized by low surface roughness and high binding of surface layer to the core. The substrate hardness is also significant parameter which can be enhanced by mechanical treatment, for example shot peening or treated or thermo-chemically hardening and tempering, e.g. nitriding. The paper presents the results of substrate hardness and adhesion of thin CrN coatings to shot-peened and nitrided substrates, related to the substrate in the initial state. The results confirmed that with an increase the exposure time (at constant pressure of air) in the range of 120 s - 600 s the hardness rises from 405 HV5 to 502 HV5 (substrate hardness in the initial state 299 HV5). With the increase of the hardness significantly increases the surface roughness parameter Ra (about 20 times). CrN coating adhesion was determined by scratch method and Daimler Benz test. There were no significant differences in adhesion of the coating to the substrates both shot-peened and in initial state. A significant increase in adhesion (approximately 2 times) was observed for the coating deposited on the nitrided substrate. The results of Daimler-Benz test are consistent with the results of the scratch test.

13

Właściwości wybranych powłok wielowarstwowych azotków Ti, Al, Mo

Gilewicz A., Warcholiński B.

Inżynieria Powierzchni

|

2013

|

nr 3

28--37

PL

W pracy przedstawiono wybrane właściwości mechaniczne powłok wielowarstwowych, otrzymanych metodą katodowego odparowania łukowego, z których jedną z warstw stanowił azotek chromu CrN, a drugą TiAlN, CrCN lub Mo2N. Badano przyczepność do podłoży stalowych metodą rysy i metodą Rockwella. Określono wskaźnik zużycia w skojarzeniu z przeciwpróbką alundową. Rezultaty badań wskazują, że wszystkie powłoki charakteryzują się dobrą adhezją z siłą krytyczną Lc2, wyższą niż 60 N oraz twardością powyżej 20 GPa. Powłoka Mo2N/CrN mimo stosunkowo niskiej siły krytycznej w porównaniu z pozostałymi badanymi powłokami charakteryzuje się najlepszymi właściwościami przeciwzużyciowymi, co jest prawdopodobnie spowodowane transformacją Mo2N → MoO3.

EN

The paper presents the selected mechanical properties of multilayer coatings obtained by cathodic arc evaporation, one of which was a layer of chromium nitride CrN, and the second TiAlN, CrCN and Mo2N. The adhesion to steel substrates using scratch test and Rockwell test was investigated. The wear rate of the coatings in combination with the alundum counterbody is presented. The results indicate that all coatings show good adhesion with the critical load Lc2, greater than 60 N and hardness above 20 GPa. The Mo2N/CrN coating despite the relatively low critical load compared with the other tested coatings have the best wear resistant properties, which is probably due to Mo2N → MoO3 the transformation.

14

Wpływ napięcia polaryzacji podłoża na właściwości powłok CrN i CrCN otrzymywanych metodą katodowego odparowania łukowego

Warcholiński B., Gilewicz A.

Inżynieria Materiałowa

|

2012

|

Vol. 33, nr 5

460--463

PL

Azotki metali przejściowych formowane metodami PVD charakteryzują się właściwościami będącymi przedmiotem wielu zastosowań. Powłoki z azotku chromu wykazują większą odporność na utlenianie w porównaniu z innymi powłokami azotkowymi oraz dobrą odporność na zużycie. Wprowadzenie do azotku chromu niewielkiej ilości węgla poprawia właściwości użytkowe powłok: zwiększa ich twardość, obniża współczynnik tarcia i wskaźnik zużycia. Inną drogą poprawy właściwości powłok jest optymalizacja parametrów procesu ich formowania. W prezentowanej pracy opisano wpływ jednego z parametrów technologicznych, napięcia polaryzacji podłoża, na niektóre właściwości mechaniczne oraz stan powierzchni otrzymywanych powłok. Powłoki CrCN i CrN formowano metodą katodowego odparowania łuko- wego na podłożach ze stali szybkotnącej HS6-5-2. Zmiennym parametrem podczas procesu nanoszenia powłok było napięcie polaryzacji podłoża (w zakresie od –10 V do –300 V). Badano skład fazowy powłok, koncentrację powierzchniową i rozmieszczenie makrocząstek na powierzchni, twardość i ich przyczepność do podłoża. Wyniki badań wskazują, że ze wzrostem napięcia polaryzacji chropowatość powłok Ra zmniejsza się. Chropowatość powłok CrCN jest o połowę większa w porównaniu z powłokami CrN. Największa liczba makrocząstek na powierzchni powłoki zawiera się w przedziale wielkości do 1 μm. Przy niskich napięciach polaryzacji podłoża powłoki krystalizują w strukturze kolumnowej, wzrost napięcia powoduje zmniejszenie ziaren. Efekt ten jest szczególnie widoczny w powłokach CrCN. Twardość powłok CrN i CrCN jest zbliżona i zawiera się w przedziale od 18 GPa (dla powłok otrzymanych przy napięciu –10 V) do 26 GPa (–150 V). Przyczepność powłok CrN do podłoża zmniejsza się od 96 N do 74 N ze wzrostem napięcia polaryzacji od –10 V do –300 V, natomiast w przypadku powłok CrCN nie zależy od napięcia polaryzacji.

EN

Transition metal nitrides deposited using PVD methods are characterized by properties which are the subject of many applications. Chromium nitride coatings exhibit better oxidation resistance compared to other nitride coatings and good wear resistance. A small amount of carbon added to chromium nitride improves the properties of coatings: it increases their hardness, reduces coefficient of friction and wear rate. Another way of improving the properties of the coatings is to optimize the process parameters of deposition. This paper describes the effect of one of the technological parameters, the substrate bias voltage on some mechanical properties and surface quality of the coatings. CrCN and CrN coatings were deposited using cathodic arc evaporation on HS6-5-2 steel substrates. Variable parameter during the deposition pro- cess of the coating was the substrate bias voltage (in the range from –10 V to –300 V). The phase composition of coatings, the surface distribution of macroparticles, the hardness and adhesion were investigated. The results indicate that with increasing bias voltage of coatings’ surface roughness Ra is lower. Roughness of CrCN coatings is about 50% higher compared to the CrN coatings (Tab. 1). The largest number of macroparticles on the surface of the coatings is in the range up to 1 μm (Fig. 1, 2). At lower substrate bias voltages the coatings show column structure. The increase in voltage causes a reduction of grain. This effect is particularly evident in the CrCN coatings. The hardness of CrN and CrCN coatings is similar and ranges from 18 GPa (for coatings obtained at a bias voltage of –10 V) to 26 GPa (–150 V). CrN coatings adherence to the substrate is reduced from 96 N to 74 N with increasing bias voltage from –10 V to –300 V, while in the case of CrCN coatings does not depend on bias voltage.

15

Właściwości azotku molibdenu otrzymanego metodą katodowego odparowania łukowego

Gilewicz A., Warcholiński B., Murzyński D.

Inżynieria Materiałowa

|

2012

|

Vol. 33, nr 5

477--480

PL

Wśród wielu technik nakładania powłok Mo-N: rozpylania magnetronowego AC i DC, implantacji jonowej, katodowego odparowania łukowego, ta ostatnia jest najbardziej wszechstronna ze względu na duży stopień jonizacji. Powłoki otrzymywane tą metodą charakteryzują się dużą gęstością i dobrą jakością. Struktura fazowa powłok Mo-N silnie zależy od parametrów technologicznych ich nakładania, głównie od ciśnienia azotu w komorze roboczej i napięcia polaryzacji podłoża. Wzrost ciśnienia azotu powoduje zmianę mikrostruktury fazowej z sieci regularnej przestrzennie centrowanej molibdenu Mo, przez regularną γ-Mo 2 N do heksagonalnej δ-MoN (rys. 1, 3). Fazy te ze względu na różne struktury sieci krystalograficznej charakteryzują się różnymi właściwościami fizycznymi. Reakcje na powierzchni powłoki są bezpośrednio związane z energią cząstek, a ta pośrednio z napięciem polaryzacji podłoża podczas procesu formowania powłoki i prądu wyładowania źródła łukowego. Wzrost napięcia polaryzacji podłoża inicjuje tzw. rozpylanie wsteczne powłoki, podczas którego zachodzi wybijanie atomów azotu z powłoki. Wpływa to na zmiany w składzie chemicznym (rys. 4) i morfologii powłok. Jest ono prawdopodobnie przyczyną tworzenia się regularnej fazy γ-Mo 2 N w warunkach występowania fazy heksagonalnej δ-MoN (rys. 2 i 3). Katodowe odparowanie łukowe – metoda nakładania powłok Mo-N – charakteryzuje się z jednej strony dużą szybkością nanoszenia, z drugiej natomiast gorszą jakością powierzchni w porównaniu z na przykład metodą rozpylania magnetronowego. Występuje dość duża liczba makrocząstek na powierzchni powłoki zależna od ciśnienia azotu i napięcia polaryzacji podłoża (tab. 1). Chropowatość powierzchni Ra powłoki nakładanej przy napięciu polaryzacji podłoża powyżej –70 V jest stosunkowo niewielka i prawie niezależna od ciśnienia azotu. Powłoki otrzymywane przy napięciu polaryzacji –10 V charakteryzują się ponad dwukrotnie większą chropowatością Ra malejącą ze wzrostem ciśnienia cząstkowego azotu (rys. 6).

EN

Among the many techniques for coating Mo-N coating deposition: AC and DC magnetron sputtering, ion implantation, cathodic arc evaporation, the latter one is the most comprehensive because of the high degree of ionization of the plasma, high density and quality of the coatings. Phase structure of Mo-N coatings is strongly dependent on the technological parameters of deposition, mainly on the nitrogen pressure in the working chamber and the substrate bias voltage. The increase of nitrogen pressure changes the phase structure of body-centered cubic lattice of molybdenum Mo, by cubic γ-Mo 2 N to the hexagonal δ-MoN (Fig. 1, 3). These phases, due to different structure of the crystal lattice show different physical properties. From the energetic point of view, reactions on the film surface are directly related to energy particles, and this indirectly with substrate bias voltage during film formation process and the current arc discharge source. The increase in substrate bias voltage initiates the resputtering of the coating, in which there is a reduction of nitrogen atoms in the coating. This affects the changes in chemical composition (Fig. 4) and the morphology of the coatings. It is likely the cause of formation of the cubic phase of γ-Mo 2 N in deposition conditions of the hexagonal δ-MoN phase (Fig. 2, 3). Cathodic arc evaporation – a method of deposition of Mo-N coatings, is characterized on the one hand, high deposition rate, on the other – poorer surface quality compared to e.g. magnetron sputtering method. There is a relatively large number of macroparticles on the surface of the coating depends on nitrogen pressure and substrate bias voltage (Tab. 1). Surface roughness Ra of the coating deposited at the substrate bias voltages above –70 V is relatively small and almost independent of nitrogen pressure. The coatings obtained at –10 V of substrate bias voltage are characterized by more than twice the surface roughness Ra decreasing with increasing partial pressure of nitrogen (Fig. 6).

16

Zastosowanie metody Taguchi do optymalizacji parametrów procesu azotowania gazowego

Olik R., Warcholiński B., Ratajski J., Michalski J.

Inżynieria Powierzchni

|

2011

|

nr 4

3-7

PL

Istniejące modele umożliwiające przewidywanie rezultatu procesu azotowania (symulacja składu fazowego warstwy azotków żelaza, ich grubości oraz grubości strefy roztworowej) nie pozwalają na uzyskanie zadowalających wyników w odniesieniu do azotowania realizowanego wg modernizowanych procedur (w szerokim obszarze zmian parametrów). Rodzi to konieczność przeprowadzenia wielu procesów, które uzupełniłyby bazę danych, umożliwiając stosowanie wspomnianych modeli azotowania. Jedną z metod umożliwiających określenie wpływu parametrów procesu technologicznego na kontrolowany proces, jest metoda Taguchi. Metoda ta pozwala na ograniczenie ilości koniecznych procesów testowych do uzyskania żądanych rezultatów, zmniejszając równocześnie koszt i czas ich przeprowadzenia. Określony tą metodą wskaźnik sygnał/szum (S/N) pozwala na ocenę istotności wpływu poszczególnych parametrów na przebieg procesu, który wciąż nie jest wystarczająco dobrze poznany.

EN

Existing models for predicting the effect of the nitriding process by simulating the phase composition and thickness of the layer of iron nitrides are often insufficient in the case of nitriding of new materials and the introduction of new procedures. Hence there is the need for supplying the database with multiple processes to allow the use of above mentioned models of nitriding. One of the approaches to determine the effect of technological process parameters on the controlled process is Taguchi method. This method allows to restrict the amount of required testing processes to achieve desired results, reducing both their costs and time. Determined by this method signal/noise ratio (S/N) allows the assessment of the significance of the impact of various parameters on the process, which is still not well enough understood.

17

Właściwości tribologiczne powłok CrCN w podwyższonej temperaturze

Gilewicz A., Warcholiński B.

Inżynieria Powierzchni

|

2011

|

nr 4

21-26

PL

Ze względu na wysoką odporność na utlenianie (650 0C) i zużycie powłoki azotku chromu stosowane są często do pracy w wysokiej temperaturze. Stosunkowo wysoki współczynnik tarcia jest jednak jednym w poważnych ograniczeń. Jego obniżenie jest tematem wielu prac badawczych. Obiecującym rozwiązaniem jest domieszkowanie azotku chromu węglem. Powłoka taka charakteryzuje się lepszymi właściwościami tribologicznymi w podwyższonych temperaturach. Powłoki CrN i CrCN nanoszono stosując metodę katodowego odparowanie łukowego przy stałym ciśnieniu cząstkowych azotu N2 i różnym natężeniu przepływu acetylenu C2H2. Powłoki o grubości 3,5-4 žm nakładano na podłoża z utwardzonej stali 4H13. Stężenie węgla w powłokach CrCN zmieniało się od 0 (CrN) do 53 % at. Testy tarcia i zużycia wykonano na tribotesterze pracującym w systemie kula-tarcza wyposażonym w grzejnik i regulator temperatury, umożliwiający jej sterowanie. Zastosowano naprzemienne grzanie do temperatury 400 0C, a następnie chłodzenie do 100 0C. Cykl ten powtarzano dwukrotnie. Stwierdzono, że dla powłoki CrCN z 20 % at. stężeniem węgla zużycie w temperaturze pokojowej i po cyklu programowanego grzania jest porównywalne.

EN

Chromium nitride based coatings are resistant to both high oxidation (650 0C) and wear. Due to that they are often used in work at high temperature. Relatively high coefficient of friction is one of the serious restriction in application. Reduction of CoF is a subject of many research and experimental works. The promising solution is doping CrN coatings by carbon to improve the tribological properties at elevated temperature. CrN and CrCN coatings have been deposited using cathodic arc evaporation technology with constant partial pressure of nitrogen N2 and variable acetylene C2H2 flow. The coatings with the thickness of 3.5-4 žm have been deposited on hardened X40H13 steel substrates. The carbon contents in the coatings varied from 0 at.% (CrN) up to 53 at.%. Wear testing was done using a ball-on-disc tribometer equipped with controllable heater. Two cycles of heating to the temperature of 400 0C and cooling to 100 0C were done. For the CrCN coatings with 20 at. % of carbon contents it was found that the wear values calculated for the measurements at room temperature and after programmable heating are comparable.

18

Podwyższanie trwałości eksploatacyjnej narzędzi do obróbki drewna

Warcholiński B., Gilewicz A., Szymański W., Pinkowski G., Olik R.

Inżynieria Powierzchni

|

2011

|

nr 2

73-80

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań powłok wielowarstwowych CrCN/CrN o grubości modułu 400 nm i równym podziale grubości warstw CrCN i CrN w module, nanoszonych metodą katodowego odparowania łukowego. Powłoki nakładano na noże, wykonane ze stali SW7M i węglików spiekanych HM, do głowic strugarskich stosowane w obróbce drewna. Powłoki charakteryzują się wysoką twardością, 25 GPa, wysoką przyczepnością do podłoża, około 105 N i stosunkowo niskim współczynnikiem tarcia – 0,5. Wyniki półprzemysłowych badań eksploatacyjnych wskazują na poprawę trwałości narzędzi z powłokami, a także poprawę jakości obrabianego materiału. Badania laboratoryjne właściwości tribologicznych powłok CrN osadzanych na podłożach: ze stali SW7M oraz poddanej azotowaniu stali SW7M wskazują na wyższość kompozytu powłoka-stal azotowana.

EN

The paper presents the results of the tests of CrCN/CrN multilayer coatings with a thickness of module of 400 nm and an equal thickness of the CrN and CrCN layers in a module deposited by cathodic arc evaporation. The coatings were deposited on planer knives from SW7M steel and HM carbide, used in the woodworking. Coatings are characterized by high hardness, 25 GPa, high adhesion to the substrate, about 105 N and a relatively low coefficient of friction - 0.5. Results of semi-industrial tests show an improvement in durability of coated tools, as well as improving the quality of the workpiece. Laboratory studies of tribological properties of CrN coatings deposited on substrates: HS6-5-2 steel and nitrided HS6-5-2 steel show the superiority of the composite system coating PVD-nitrided steel.

19

Kształtowanie warstwy wierzchniej w połączonych procesach kulowania i azotowania na przykładzie stali 40HM

Łupicka O., Warcholiński B.

Inżynieria Powierzchni

|

2011

|

nr 4

43-49

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań dotyczące wpływu obróbki plastycznej (kulowania) poprzedzającej proces azotowania na właściwości warstwy wierzchniej, m. in. badania profili twardości, badania twardości powierzchniowej, budowę i skład fazowy przypowierzchniowej warstwy węgloazotków żelaza. W przeprowadzonym eksperymencie przyjęto stały czas procesu kulowania (360 s) oraz trzy wartości ciśnienia powietrza 0,35, 0,45 i 0,55 MPa. Głównym celem pracy było zaprezentowanie wpływu różnych parametrów kulowania na kształtowanie się i budowę warstwy azotowanej.

EN

Results of investigations of the influence of plastic treatment (shot peening) which has preceded the process of the nitriding on the properties of the tested surface layer are presented. Following examinations have been done among the others: profiles of the hardness, surface hardness, structure and phase composition in near surface layers of carbonitrides of iron. In conducted experiments permanent time was 360 s of the shot peening process and three variable air pressures 0,35, 0,45 i 0,55 MPa were taken. The aim of the work was to show how various parameters of shot peening have influenced on the forming of nitrided layer structure.

20

Eksploatacyjne aspekty stosowania cienkich powłok na narzędzia do obróbki drewna

Warcholiński B., Półrolniczak A., Gilewicz A., Olik R.

Inżynieria Powierzchni

|

2011

|

nr 2

81-89

PL

W referacie omówiono ogólnie zagadnienia związane z kierunkami rozwoju przemysłu obróbki drewna, materiały narzędziowe dla potrzeb przemysłu drzewnego, technologie zwiększające odporność na zużycie narzędzi, rodzaje powłok nanoszonych na narzędzia do obróbki drewna, czynniki techniczne i ekonomiczne uzasadniające stosowanie cienkich i twardych powłok, koszt narzędzi do obróbki drewna oraz przedstawiono wyniki badan własnych dotyczących trwałości eksploatacyjnej narzędzi do obróbki drewna i materiałów drewnopodobnych.

EN

There is discussion on such issues as: main directions of developing of wood industry, materials for wood engineering tools, technologies improving their wear resistant properties, types of coatings deposited on woodworking tools, technical and economical factors determining applications of thin and hard coatings and cost estimations for woodworking tools. Investigations have been done by own and the results of durability of tools for wood and wood like materials are presented.