Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

An Analysis of Mechanical and Tribological Properties of Zr/Zr2N Multilayer Coatings

Kot Marcin, Lackner Jurgen, Major Łukasz, Szczęch Marcin, Wiązania Grzegorz, Zimowski Sławomir

Tribologia

|

2019

|

nr 4

15--22

EN

The paper presents the analysis of effect of the Zr to Zr2N layer thickness ratios of 1:1, 1:2, and 1:4 on the mechanical properties of Zr /Zr2N multilayer coatings. With the increase in the amount of the ceramic phase in the multilayer coating, an increase in hardness from 11 to 14.5 GPa and Young's modulus from 158 to 211 GPa was observed. This was accompanied by improved scratch resistance as critical load LC2 raises from 17 to over 30 N. A ratio increase from 1:1 to 1:2 caused a 3-fold improvement in the coating wear resistance, which was also accompanied by a change in the wear mechanism. However, there was no further improvement of this parameter with a ratio increase to 1:4. Microscopic analysis of wear tracks, using the TEM technique revealed that the Zr metal layers change the direction of crack propagation. This phenomenon results in the improved fracture resistance of multilayer coatings compared to single coatings. Such a mechanism was even observed for the 1:4 coating with the thinnest 58 nm Zr layers.

PL

W pracy przedstawiono analizę wpływu stosunku grubości warstw Zr i Zr2N 1:1, 1:2 i 1:4 na właściwości mechaniczne powłok wielowarstwowych Zr/Zr2N. Wraz ze wzrostem udziału fazy ceramicznej w powłoce wielowarstwowej obserwowano wzrost jej twardości z 11 do 14,5 GPa i modułu Younga ze 158 do 211 GPa. Towarzyszyła temu także poprawa odporności na zarysowanie, o czym świadczy wzrost wartości obciążenia krytycznego LC2 z 17 do ponad 30 N. Wzrost stosunku z 1:1 do 1:2 powodował 3-krotną poprawę odporności na zużycie powłoki, czemu towarzyszyła także zmiana mechanizmu zużywania. Natomiast nie następowała dalsza poprawa tej cechy przy wzroście stosunku do 1:4. Analizy mikroskopowe torów tarcia przy użyciu techniki TEM wykazały, że warstwy metali Zr powodują zmianę kierunku propagacji pęknięć, co przekłada się na poprawę odporności na pękanie powłok wielowarstwowych w stosunku do powłok pojedynczych. Mechanizm taki obserwowano nawet dla powłoki 1:4, dla której grubość warstwy Zr była najmniejsza i wynosiła 58 nm.

2

Wybrane zagadnienia dotyczące narzędzi stosowanych do frezowania walcowo-czołowego. Cz. 3

Czechowski Kazimierz, Wronska Iwona, Toboła Daniel

Stal, Metale & Nowe Technologie

|

2019

|

nr 5-6

62--68

PL

W artykule omówiono wybrane zagadnienia dotyczące zwiększania produktywności frezowania walcowo-czołowego m.in. poprzez stosowanie powłok wielowarstwowych.

EN

Selected issues related to increasing the productivity of end milling tools, among others through the use of multilayer coatings, are discussed.

3

The influence of microstructure of Cr/CrN nanomultilayer coatings on their tribological and mechanical properties

Kacprzyńska-Gołacka Joanna, Wieciński Piotr, Garbacz Halina, Mazurkiewicz Adam, Sowa Sylwia, Smolik Jerzy

Journal of Machine Construction and Maintenance - Problemy Eksploatacji

|

2019

|

no. 4

9--16

EN

One of the most effective ways of shaping the operating parameters of functional elements is the modification of the surface layer by modern surface engineering technologies. The most perspective directions in the development of surface engineering solutions are multilayer coatings. The appropriate selection of parameters of multi-layered structure such as thickness, chemical composition, microstructure, and the number of component layer in these type coatings enable effective shaping of their properties. However, a characteristic of the mechanical and tribological properties as a function of parameters of a multilayer structure are still unclear in literature. The paper presents the influence of multilayer structure on mechanical and tribological properties of the coatings prepared by arc vacuum technics. The analysis of mechanical properties included hardness, Young’s modulus, and adhesion tests. The analysis of microstructure was performed using Scanning Transmission Electron Microscopy (STEM). The tribological properties were examined using the pin-on-disc produced by the DUCOM Company. The authors indicated that the multilayer coatings Cr/CrN were characterized by good mechanical and tribological properties. In this paper, the authors confirmed that parameters of the process of the multilayer creation are important in shaping the unique tribological properties of the multilayer coatings.

PL

Jednym z najbardziej efektywnych sposobów kształtowania właściwości eksploatacyjnych elementów użytkowych jest modyfikowanie warstwy wierzchniej poprzez zastosowanie nowoczesnych technologii inżynierii powierzchni. Głównym kierunkiem rozwoju rozwiązań inżynierii powierzchni stały się w ostatnich latach między innymi powłoki wielowarstwowe. Stwarzają one bardzo duże możliwość w zakresie kształtowania ich właściwości poprzez odpowiedni dobór struktury wielowarstwowej, w tym: grubość, ilość, mikrostruktura oraz skład chemiczny warstw składowych. Nadal jednak charakterystyka ich właściwości mechanicznych oraz trybologicznych w funkcji parametrów ich wielowarstwowej konfiguracji pozostaje niejasna w dostępnej literaturze. W artykule przedstawiono wpływ parametrów budowy wielowarstwowej powłok Cr/CrN wytwarzanych metodą łukowo-próżniową na ich właściwości mechaniczne oraz tribologiczne. Analiza właściwości mechanicznych obejmowała badania twardości, modułu Younga oraz badania adhezji metodą zarysowania. Analizę mikrostruktury przeprowadzono z wykorzystaniem skaningowej mikroskopii transmisyjnej (STEM). Badania właściwości tribologicznych zostały przeprowadzone w temperaturze pokojowej z wykorzystaniem testera tribologicznego firmy DUCOM typu pin-on-disc. Autorzy wskazują, iż powłoki nanowielowarstowe Cr/CrN charakteryzują się dobrymi właściwościami mechanicznymi oraz dobrymi właściwościami tribologicznymi. W artykule autorzy potwierdzili wpływ parametrów budowy wielowarstwowej powłok PVD w procesie kształtowania ich właściwości trybologicznych.

4

Analysis of fatigue strength of multi-layer coatings type Cr/CrN/(CrN-Me1Me2N)multinano/(Me1Me2N-VN)multinano

Smolik Jerzy, Mazurkiewicz Adam, Bujak Jan, Paćko Daniel, Rogal Łukasz

Journal of Machine Construction and Maintenance - Problemy Eksploatacji

|

2019

|

no. 3

31--38

EN

The article presents the results of tests of resistance to mechanical fatigue of multilayer coatings type Cr/CrN/(CrN-Me1Me2N)multinano/(Me1Me2N-VN)multinano, where metals Me1 and Me2 were chosen from Al, Cr, Ti, Zr, and Si. Multilayer coatings designed for the research were generated by the Arc Evaporation method. On the basis of the results of hardness and adhesion tests, calculations of the fatigue strength of the multilayer coatings were carried out. The obtained results showed that the chemical composition of individual component layers in the multilayer coating can be decisive in the process of creating a microstructure resistant to the fatigue cracking process.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań odporności na zmęczenie mechaniczne powłok wielowarstwowych typu Cr/CrN/(CrN-Me1Me2N)multinano/(Me1Me2N-VN)multinano, gdzie metale Me1 ,Me2 dobierano spośród Al, Cr, Ti, Zr, Si. Powłoki wielowarstwowe przeznaczone do badań wytworzono metodą Arc Evaporation. Na podstawie wyników badań twardości i adhezji przeprowadzono obliczenia wytrzymałości zmęczeniowej badanych powłok wielowarstwowych. Badania wykazały, że skład chemiczny poszczególnych warstw składowych w powłoce wielowarstwowej może mieć decydujące znaczenie w procesie tworzenia się mikrostruktury odpornej na proces pękania zmęczeniowego.

5

A study on erosive wear resistance of different multilayer coatings types Cr/CrN/(CrN-Me1Me2N)multinano/(Me1Me2N-VN)multinano

Sowa Sylwia, Paćko Daniel, Mazurkiewicz Adam, Kacprzyńska-Gołacka Joanna, Smolik Jerzy

Journal of Machine Construction and Maintenance - Problemy Eksploatacji

|

2019

|

no. 4

17--22

EN

In the article, the authors present the results of erosion tests of five different material solutions of surface engineering, i.e. multilayer coatings type Cr/CrN/(CrN-Me1Me2N)multinano/(Me1Me2N-VN)multinano, where metals Me1 and Me2 were chosen from Al, Cr, Ti, Zr and Si. Multilayer coatings used for testing were deposited by the Arc Evaporation method. The research methods presented in the article focused on the analysis of surface topography of the multilayer coatings after erosion test. The erosive wear resistance of tested coatings was carried out by the modern research equipment designed and produced by Łukasiewicz Research Network- Institute for Sustainable Technologies in Radom. The erosive craters were analysed by using the interference microscope Talysurf CCI by Taylor Hobson. The chemical composition of the craters were analysed by using a Scanning Electron Microscope - SEM (Hitachi TM3000).

PL

W artykule autorzy zaprezentowali wyniki badań odporności na zużycie erozyjne dla pięciu różnych rozwiązań materiałowych typu powłoka wielowarstwowa Cr/CrN/(CrN-Me1Me2N)multinano/(Me1Me2N-VN)multinano, gdzie metale Me1 i Me2 wybrano spośród Al, Cr, Ti, Zr i Si. Powłoki wielowarstwowe wykorzystane do badań wykonano metodą Arc Evaporation. Metody badawcze przedstawione w artykule koncentrowały się na analizie topografii powierzchni powłok wielowarstwowych po testach erozyjnych. Badanie odporności na zużycie erozyjne wykonano przy zastosowaniu nowoczesnego urządzenia do badania erozji zaprojektowanego przez Sieć Badawczą Łukasiewicz - Instytut Technologii Eksploatacji w Radomiu. Kratery erozyjne zbadano przy zastosowaniu mikroskopu interferometrycznego Talysurf CCI firmy Taylor Hobson. Skład chemiczny powstałych kraterów zbadano przy zastosowaniu Skaningowego Mikroskopu Elektronowego - SEM (Hitachi TM3000).

6

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.

7

The Wear Mechanisms Description Of Multilayer Coatings, Performed By Transmission Electron Microscopy – An Overview Of The Own Research Work

Major Ł.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 3

2319--2326

EN

The aim of the presented paper was to describe the wear mechanisms operating at the small length scale in multilayer coatings subjected to a mechanical testing. A hybrid PLD system (Pulsed Laser Deposition connected with magnetron sputtering) was used for the multi-layer coating deposition. Coatings were subjected to indentation, ball-on disc wear and scratch adhesion tests. Microstructure of the as-deposited coating and after mechanical tests was studied using the Scanning (SEM) and the Transmission (TEM) Electron Microscopes. The research work revealed that application of innovative multilayer coatings may allow to predict their life time and to steer their properties.

PL

Celem pracy było określenie mechanizmów zużycia wielowarstwowych powłok tribologicznych, poddanych testom mechanicznym na zużycie. Powłoki wytwarzane przy zastosowaniu hybrydowego układu PLD (technika laserowej ablacji połączona z rozpylaniem magnetronowym) poddane zostały mechanicznym testom na zużycie (indentacja oraz test kula-tarcza), a także testowi przylegania powłoki do podłoża (test zarysowania). Charakterystykę mikrostruktury powłok przed i po testach mechanicznych przeprowadzono za pomocą skaningowej (SEM) oraz transmisyjnej (TEM) mikroskopii elektronowej. Badania wykazały, że poprzez stosowanie innowacyjnych powłok wielowarstwowych można przewidzieć czas ich eksploatacji oraz dają możliwość sterowania właściwościami.

8

The Innovative Directions In Development And Implementations Of Hybrid Technologies In Surface Engineering

Mazurkiewicz A., Smolik J.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 3

2161--2172

EN

The dynamics of the development of modern technology depends, to a great extent, on the possibilities of producing the innovative materials with high functionality parameters, which could be used in modern, highly advanced technological processes. Surface engineering plays a very important role in this area. This is mainly due to the fact that, for many structural materials, the possibilities of classical formation of their properties (e.g., by heat treatment or the selection of the microstructure, chemical and phase composition) have been practically used up. The material and technological achievements in the surface engineering area allow the modification of the properties of the surface layer of tool and machine components. As a result, they may be better suited to work in increasingly difficult and more demanding conditions. The hybrid technologies, combining several different methods of surface treatment in one complex technological process, are the most advanced solutions compared to already known surface engineering methods. In the article, the authors present the possibilities of shaping the functional properties of the surface layer. The authors describe problems associated with the development of the hybrid technology and provide the examples of physical modelling, design, technological development, and the practical application of a hybrid technology. In this work, the authors also identify the areas whose development is needed for more effective transfer of surface engineering innovations to business applications.

PL

Dynamika rozwoju nowoczesnych technologii, zależy w dużej mierze od możliwości produkcji innowacyjnych materiałów o wysokich parametrach funkcjonalnych, które mogą być stosowane w nowoczesnych, zaawansowanych procesach technologicznych. Inżynieria powierzchni odgrywa bardzo ważną rolę w tej dziedzinie. Wynika to głównie z faktu, że dla wielu materiałów strukturalnych, konwencjonalne możliwości formowania właściwości, na przykład poprzez obróbkę cieplną lub dobór mikrostruktury, składu chemicznego i fazowego, są praktycznie całkowicie wykorzystane. Materiałowe i technologiczne osiągnięcia w dziedzinie inżynierii powierzchni pozwalają na modyfikacja właściwości warstwy wierzchniej elementów narzędzi i urządzeń. W rezultacie takie materiały mogą być lepiej dostosowane do pracy w coraz trudniejszych i bardziej wymagających warunkach. Technologie hybrydowe, łączące kilka różnych metod obróbki powierzchni w jednym złożonym procesie technologicznym, należą do najbardziej zaawansowanych rozwiązań w porównaniu do znanych już metod inżynierii powierzchni. W artykule autorzy przedstawiają możliwości kształtowania funkcjonalnych właściwości warstwy wierzchniej. Opisują problemy związane z rozwojem technologii hybrydowej oraz dają przykłady modelowania fizycznego w projektowaniu materiałów, rozwoju technologicznego oraz praktycznego zastosowania technologii hybrydowej. Autorzy identyfikują również obszary, których rozwój jest potrzebny dla bardziej efektywnego transferu innowacji inżynierii powierzchni do zastosowań biznesowych.

9

Corrosion Resistance Of Electroless Ni-P/Cu/Ni-P Multilayer Coatings

Zhao G. L., Zou Y., Hao Y. L., Zou Z. D.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 2A

1003--1008

EN

Ni-P/Cu/Ni-P multilayer coatings were prepared by deposition of Cu layer between two Ni–P layers. The Cu layer was deposited by metal displacement reaction between Cu2+ and Fe atoms. Corrosion behavior of single-layer Ni-P coatings, double-layer Ni-P/Cu coatings, and three-layer Ni-P/Cu/Ni-P coatings were investigated by electrochemical tests in 3.5% NaCl solution. The three-layer coatings exhibited more positive Ecorr and decreased Icorr compared with conventional single-layer Ni-P coatings, which indicated an improved corrosion resistance. The polarization curves of the three-layer coatings were characterized by two passive regions. The improved corrosion resistance was not only attributed to the function of the blocked pores of Cu. The Cu interlayer also acted as a sacrificial layer instead of a barrier in the coatings, which altered the corrosion mechanism and further improved the corrosion resistance of the coatings.

PL

Wielowarstwowe powłoki Ni-P/Cu/Ni-P wytworzono metodą osadzania miedzi pomiędzy dwoma warstwami Ni-P. Warstwę Cu otrzymano dzięki reakcji wypierania metalu przez metal (dla miedzi i żelaza). Aby określić właściwości korozyjne jednowarstwowej powłoki Ni-P, dwuwarstwowej Ni-P/Cu oraz trójwarstwowej Ni-P/Cu/Ni-P przeprowadzono pomiary elektrochemiczne w 3,5% roztworze NaCl. Powłoki trójwarstwowe w porównaniu do jednowarstwowych wykazały się większą wartością Ecorr, przy malejącej wartości Icorr. Wskazuje to na poprawę odporności na korozję. Krzywe polaryzacji dla powłok trójwarstwowych charakteryzują się występowaniem dwóch obszarów pasywacji. Poprawa odporności na korozję jest skutkiem nie tylko tzw. zjawiska blokowania porów w miedzi. Powłoka z Cu działała także jako warstwa protektorowa, modyfikując mechanizm korozji i poprawiając odporność korozyjną powłok.

10

Wieloskalowa analiza mechanizmu zużycia wielowarstwowych powłok na bazie tytanu i węgla

Major Ł., Lackner J. M., Major B.

Obróbka Plastyczna Metali

|

2014

|

T. 25, nr 1

27--38

PL

Przedmiotem badań wieloskalowej analizy mechanizmu zużycia były efekty niszczenia mikrostruktury wielowarstwowych powłok typu: Ti/TiN oraz TiN/Ti/a-C:H. Powłoki uzyskano na austenitycznej stali nierdzewnej przy użyciu hybrydowej metody osadzania laserem impulsowym (PLD+magnetron). Mikrostrukturę powłoki składającej się z bi-warstw o grubości rzędu 10 nm charakteryzowano z zastosowaniem transmisyjnego mikroskopu elektronowego Tecnai F20 (200kV) FEG. Fazowa i chemiczna analiza składu przeprowadzona została metodą EDS z dyspersją energii (rentgenowska spektroskopia) i w oparciu o obrazy dyfrakcji elektronów. Odporność na uszkodzenia powłoki badano diamentową kulkę siłą 1N przyłożonego obciążenia. Cienkie folie zostały przygotowane bezpośrednio ze ścieżki zużycie z zastosowaniem skupionej wiązki jonów metodą FIB z wykorzystaniem aparatury QUANTA 200 3D DualBeam. Wielowarstwowe powłoki charakteryzowały się mikrostrukturą z dużą ilością dyslokacji w warstwie TiN, podobnie jak w powłoce monowarstwowej TiN. W przypadku powłoki węglowej a-C:H warstwa była amorficzna. Po teście mechanicznym zużycia metodą kula-dysk, stosując kulkę Al2O3, wielowarstwowa powłoka TiN/Ti/a-C:H była silnie zdeformowana. Ceramiczne powłoki TiN oraz a-C:H wykazywały kruche pęknięcia, zaś bardzo cienkie warstwy metaliczne Ti, wytworzone na każdej granicy fazowej, zostały odkształcone plastycznie. Linie deformacji propagowały się pod kątem 45o do kierunek wzrostu krystalitów. Zużycie tribologiczne krystalicznych warstw TiN spowodowało pęknięcia wzdłuż płaszczyzn {111}. Obecność fazy metalicznej prowadziła do wzrostu oporności na pęknięcia i zwiększała koszt energetyczny propagacji pęknięć.

EN

The wear mechanisms of Ti/TiN and (TiN/Ti/a-C:H) multilayer coatings were investigated. Ti/TiN and (TiN/Ti/a-C:H) multilayer coatings were deposited on austenitic stainless steel (316L) using the hybrid PLD (Pulsed Laser Deposition + magnetron sputtering) equipped with high purity titanium target (99.9% at. Ti) and carbon target. Microstructure was analyzed on thin foils prepared using the FEI Dual BeamTM FIB system equipped with an Omniprobe lift-out technique. Foils were cut perpendicularly both to coating surface and wear path. The microstructure observations were performed using TECNAI F20 SuperTWIN (200kV) transmission electron microscope. The wear mechanism of the multilayer coating was realized through brittle cracking of ceramic layers and plastic deformation of metallic ones. Optimization of layer thickness and modulation was performed by application of advanced deposition and diagnostic methods. Switching from mono- to multi-layered coatings allows changing the mechanism of wear from through-coating cracking leading to catastrophic delamination to more gradual layer-by-layer coating removal. The farther wear decrease should be sought at lower multilayer period. Design and fabrication of Ti/TiN and (TiN/Ti/a-C:H) multilayer coatings revealing an improved behavior in service systems subjected to wearing.

11

Pareto Optimal Multi-Objective Optimization of Antiwear Tialn/Tin/Cr Coatings

Szparaga Ł., Ratajski J.

Advances in Materials Science

|

2014

|

Vol. 14, nr 1(39)

5--13

EN

The multi-objective optimization procedure of geometry of TiAlN/TiN/Cr multilayer coatings was created. The procedure was applied to the multilayer coatings subjected to constant tangential and normal loads (Hertzian contact). In physical model Cr, TiN and TiAlN layers were treated as a continuous medium, thus in mathematical description of the stress and strain states in the coatings a classical theory of stiffness was used. Decisional variables used in procedure were thicknesses of Cr, TiN and TiAlN layers and decisional criteria were functions of the stress and strain fields in the coating and substrate. Using created optimization procedure, Pareto set of optimal values of layers' thicknesses were determined. Additionally, two methods of analysis of Pareto-optimal set were introduced and discussed.

12

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.

13

Ocena powierzchni wybranych powłok wielowarstwowych

Gilewicz A.

Inżynieria Powierzchni

|

2013

|

nr 3

20--26

PL

W artykule przedstawiono ocenę jakości powierzchni powłok wielowarstwowych złożonych z 6 dwuwarstwowych modułów o grubości około 400 nm i jednakowych grubościach poszczególnych warstw. Warstwę wierzchnią stanowił zawsze azotek chromu CrN. Drugą składową modułu stanowiły dwuskładnikowe warstwy TiN i Mo2N oraz warstwy trójskładnikowe TiAlN i CrCN. W badaniach metodą mikroskopii skaningowej oraz optycznej oszacowano gęstość powierzchniową makrocząstek na powierzchni powłok oraz ich wymiary. Najwięcej makrocząstek zarejestrowano na powierzchni powłoki TiAlN/CrN, natomiast najmniej na powłokach CrCN/CrN oraz Mo2N/CrN.

EN

The paper presents the evaluation of the surface quality of multilayer coatings composed of six bilayer module with the thickness of about 400 nm and the same thickness of each layer. The top layer was always a CrN chromium nitride layer. The second component of double layer module are binary TiN and Mo2N layers and ternary TiAlN and CrCN layers. In studies by scanning electron microscopy and optical microscopy the surface density of macroparticles of the coating and their dimensions were estimated. The largest amount of macroparticles was recorded on the surface of TiAlN/CrN coatings and the lowest on CrCN/CrN and Mo2N/CrN coatings.

14

Tailoring of multilayer structure to tribological conditions

Major Ł., Lackner J. M., Major B.

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 6

741--744

EN

The wear mechanisms of Ti/TiN and (TiN/Ti/a-C:H) multilayer coatings was investigated. Coatings were deposited on austenitic stainless steel (316L) using the hybrid PLD (Pulsed Laser Deposition + magnetron sputtering) equipped with high purity titanium target (99.9% at. Ti) and carbon target. Microstructure was analyzed on thin foils prepared using the FEI Dual BeamTM FIB system equipped with an Omniprobe lift-out technique. Foils were cut perpendicularly both to coating surface and wear path. The microstructure observations were performed using TECNAI F20 SuperTWIN (200kV) transmission electron microscope. The wear mechanism of the multilayer coating was realized through brittle cracking of ceramic layers and plastic deformation of metallic ones. Tailoring of layer thickness and modulation was performed to tribological conditions. Switching from mono- to multilayered coatings allows changing the mechanism of wear from throughcoating cracking to more gradual layer-by-layer coating removal. Design and fabrication of Ti/TiN and (TiN/Ti/a-C:H) multilayer coatings revealing an improved behaviour in service systems subjected to wearing.

PL

Analizowano mechanizm tribologicznego zużycia wielowarstwowych powłok na bazie tytanu i węgla typu Ti/TiN oraz (TiN/Ti/a-C:H). Powłoki osadzono na stali austenitycznej 316L z wykorzystaniem metody hybrydowej PLD (osadzanie laserem impulsowym + osadzanie magnetronowe). Do osadzania wykorzystano tarcze z tytanu wysokiej czystości (99,9%) oraz tarcze węglowe (grafit). Mikrostrukturę analizowano na cienkich foliach uzyskanych za pomocą systemu FEI Dual BeamTM FIB z techniką Omniprobe lift-out, Obserwacje mikrostruktury przeprowadzono, wykorzystując transmisyjny mikroskop elektronowy TECNAI F20 SuperTWIN (200kV). Mechanizm zużycia powłok wielowarstwowych był realizowany przez kruche pękanie warstw ceramicznych i plastyczne odkształcenie metalicznych. Dostosowanie grubości warstw i ich modulacji prowadzono w aspekcie zużycia tribologicznego. Przejście z powłok mono- do wielowarstwowych prowadziło do zmiany mechanizmu zużycia z realizowanego na drodze pękania przez powłokę do stopniowego usuwania warstw jedna po drugiej. Zaprojektowanie i wykonanie wielowarstwowych powłok typu Ti/TiN oraz (TiN/Ti/a-C:H) doprowadziło do poprawy właściwości sytemu poddanego zużyciu tribologicznemu.

15

Nanokrystaliczne powłoki wielowarstwowe Cu/Ni wytwarzane metodą elektrokrystalizacji

Trzaska M., Cieślak G.

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 5

559--562

PL

Badania przedstawione w pracy dotyczą nanokompozytowych powłok wielowarstwowych Ni/Cu oraz, w celach porównawczych, także nanokrystalicznych warstw Ni oraz Cu. Warstwy wytworzono metodą elektrokrystalizacji w wyniku reakcji redoks wymuszonej prądem elektrycznym. Do wytwarzania warstw stosowano wieloskładnikowe roztwory elektrolitów z dodatkami inhibitorów szybkości wzrostu krystalitów. Warstwy osadzano na stali węglowej S235JR metodami elektronowej mikroskopii skaningowej i transmisyjnej oraz dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego scharakteryzowano strukturę materiału wytworzonych warstw. Przedstawiono topograﬁę i morfologię powierzchni wytworzonych warstw oraz ich budowę na przekroju poprzecznym. Mikrotwardość materiału wytworzonych warstw określono sposobem Vickersa. Badania tribologiczne odpomości na zużycie ścierne zrealizowano w ślizgowych skojarzeniach trących w środowisku oleju, za pomocą maszyny typu Amsler-A135. Odporność na zużycie oceniono na podstawie pomiarów głębokości wytarcia oraz współczynnika tarcia. Zrealizowane badania wykazały, że materiał nanokrystalicznych warstw kompozytowych Ni/Cu, podobnie jak warstw Ni oraz Cu, wytworzonych metodą elektrokrystalizacji charakteryzuje się zwartą budową, dobrą adhezją i równomiemą grubością na całej pokrywanej powierzchni. W budowie materiału badanych warstw nie obserwuje się jakichkolwiek nieciągłości i porów, co zapewnia ich dobrą ochronę przed korozją dla materiału podłoża. Nanokrystaliczne warstwy kompozytowe Ni/Cu wykazują korzystne właściwości tribologiczne. Ustalając odpowiednie parametry procesu elektrokrystalizacji wytwarzania takich warstw na powierzchni wyrobów, można efektywnie projektować powłoki ochronne, które poprawiają ich właściwości eksploatacyjne, a zwłaszcza w środowiskach agresywnych lub przy dużych obciążeniach.

EN

The research presented in the article concerns of Ni/Cu multilayer nanocomposite coatings and, for comparison, the layers of nanocrystalline Ni and Cu. The layers were produced by the electrochemical deposition method. The multilayers were manufactured in electrolyte solutions with additives of crystallite growth rate inhibitors. The layers were deposited on carbon steel S235JR substrate. The structure of the multilayer material was characterized by scanning electron microscope and X-ray diffraction. The topography and surface morphology of the layers and their structure are reported to cross-sections. Microhardness of the material of the layers was determined by Vickers method. Tribological tests for abrasion resistance were carried out in the sliding friction associations in oil using the Amsler type machine A135. The wear resistance was assessed on the basis of measurements of the depth of abrasion and friction factor. Accomplished studies have shown that the Ni/Cu, Ni and Cu nanocrystalline composites produced by electrocrystallization process have a compact structure, good adhesion and uniform thickness over the entire coated surface. In the structure of investigated layers material have not been observed any discontinuities or pores, thus the produced layers exhibited good corrosion protection for the substrate material. Nanocrystalline composite of Ni/Cu layers exhibit favorable tribological properties. In determining the appropriate electrocrystallization process parameters producing such layers on the surface of products can be efﬁciently designed as protective coatings that improve their performances and especially in aggressive environments or at high loads.

16

Odporność korozyjna powłok galwanicznych na sprzęcie medycznym

Sołek D., Hajduga M., Węgrzynkiewicz S., Chęcmanowski J.

Ochrona przed Korozją

|

2012

|

nr 5

237-241

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań odporności korozyjnej powierzchni stali DC01, modyfikowanej wielowarstwowymipowłokami metalicznymi, w ośrodku korozyjnym jaki stanowiły płyny ustrojowe - sztuczna ślina i sztuczna krew - SBF. Materiał wyjściowy poddano standardowemu procesowi przygotowania podłoża przed nałożeniem powłok. Metodą elektrolizy otrzymano wielowarstwowe powłoki ochronne typu nikiel-nikiel-chrom, nikiel-chrom, nikiel-miedź oraz miedź, na stali DC01 stosowanej w konstrukcjach sprzętu medycznego. Badania obejmowały analizę składu chemicznego stali, pomiar twardości podłoża. Określono charakter warstwy wierzchniej modyfikowanej i niemodyfikowanej. Wykonano badania metalograficzne mikroskopowe, mikroanalizę rentgenowską oraz wyznaczono odporność korozyjną poszczególnych powłok. Modyfikacja powierzchni powłokami metalicznymi sprawiła, że wyznaczone gęstości prądów korozyjnych badanych próbek wskazują na korelację między wartością Rp (opór polaryzacyjny), a ikor (gęstość prądu korozyjnego). Stwierdzono, że modyfikacja powierzchni stali DC01 powłoką ochronną nikiel-nikiel-chrom odznacza się najlepszymi właściwościami antykorozyjnymi w warunkach wzmożonej korozji jaką stanowił roztwór sztucznej śliny. Natomiast w roztworze sztucznej krwi najwolniej koroduje powłoka nikiel-miedź.

EN

In this paper, findings of the corrosion resistance of DC01 steel surface are described. The steel surface was modified with multilayer metallic coatings. Tests were conducted in corrosive medium - body fluids - artificial saliva and artificial blood - SBF. Material was subject to the standard process of the surface preparation before coatings putting. Applying the electrolysis method the multilayer protective layers of the following type were put on DC01 steel used in constructions of medical equipment: nickelnickel- chromium, nickel-chromium, nickel-copper and copper. Examinations included analysis of chemical composition of steel and hardness measurement of base. The structure of outer modified and non - modified layer was determined. Also microscopic metallographic observations, X-ray microanalysis were executed as well as corrosion resistance of particular coatings was determined. The surface modification with metallic coatings caused that the measured densities of corrosive currents of inspected samples evidence the correlation between the Rp value (polarizing resistance) and ikor (density of corrosive current). It was stated that the modification of DC01 steel surface with protective coating nickel-nickel-chromium shows the best anticorrosive properties in intensified corrosion conditions of artificial saliva, whereas in artificial blood the best results gave nickel-copper coating.

17

Modelowanie stanów naprężeń w powłokach TiAlN/TiN/Cr z warstwami przejściowymi

Szparaga Ł., Ratajski J.

Inżynieria Materiałowa

|

2012

|

Vol. 33, nr 6

622--625

PL

W pracy opisano wpływ zmiany właściwości elastoplastycznych warstwy TiAlN na stany naprężeń w wielowarstwowej powłoce przeciwzużyciowej TiAlN/TiN/Cr, powstające po procesie nanoszenia metodą łukową PVD. W modelu fizycznym powłoki założono ciągłą zmianę parametrów fizykochemicznych pomiędzy warstwami TiAlN/TiN. W tym celu utworzono niesymetryczną i ciągłą funkcję przejścia opisującą zmianę parametrów materiałowych warstw, takich jak moduł Younga, moduł umocnienia, współczynnik Poissona, współczynnik rozszerzalności cieplnej oraz gęstość. Określony został również ilościowy wpływ właściwości plastycznych warstwy TiAlN na stany naprężeń i odkształceń plastycznych w powłoce. Ponadto oceniono wpływ początkowego stanu naprężeń wewnętrznych w warstwie TiAlN na końcowy rozkład naprężeń w powłoce. W obliczeniach numerycznych stanów naprężeń wykorzystano metodę elementów skończonych.

EN

The influence of changes in the elasto-plastic properties of TiAlN layer on the stresses fields in the multilayer coating TiAlN/TiN/Cr, which arise after deposition via Arc-PVD method was described. Independently, in the physical model of the coating, a continuous change of physicochemical parameters between the layers of TiAlN/TiN was assumed. For this purpose, an asymmetric and continuous transitional function describing the change of material’s parameters such as Young’s modulus, tangent modulus, Poisson’s ratio, thermal expansion coefficient and density was created. Moreover the impact of plastic properties of TiAlN layer on stresses and plastic strains in the coating was estimated. What is more the influence of the initial state of internal stresses in the TiAlN layer on the final stresses in the coating was studied. The numerical calculations of the stresses fields were done via the finite element method.

18

Laser modification of the materials surface layer - a review paper

Kusiński J., Kac S., Kopia A., Radziszewska A., Rozmus-Górnikowska M., Major B., Major L., Marczak J., Lisiecki A.

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2012

|

Vol. 60, nr 4

711-728

EN

The state of laser processing in surface materials modification in Poland is reported, based on own experience, coworkers and coauthors results, as well the literature review. The curriculum concerning historical development of lasers and laser technology in Poland, laser-matter interaction, as well basis of different laser techniques applied in materials surface engineering (solid state hardening, melting, alloying, cladding, ablation, shot peening, cleaning and texturing) are reviewed, and compared with results of coauthors, as well with a wide range of Polish authors papers. Finally, it is concluded that overall state of research on laser application in surface engineering in Poland is well developed and still growing industrial application is observed.

19

Hybrid surface treatment technology for increase of hot forging dies

Smolik J. A.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2012

|

Vol. 57, iss. 3

657-664

EN

Hot working dies are influenced by three main factors causing their destruction: the cyclically changeable mechanical loads, intensive thermal shocks, as well as intensive friction, and erosion. Modification of surface properties with the use of hybrid plasma methods seems to be an effective way of improving its durability. The best known and widely used surface treatment hybrid technology is a combination of the nitriding process with the deposition of hard antiwear coatings by means of PVD methods. The designed composite layer "nitrided layer / Cr-CrN" was obtained with the use of the hybrid technology, which consist of ion nitriding followed by arc-evaporation coating deposition. The maintenance testing was performed on the forging dies employed for production of various parts in the automotive industry. The best durability was obtained for the dies used for the forging of rolling bearing tracks. In comparison with the durability of the dies subjected solely to the gas nitriding, nearly an increase of 600% in the durability was noticed.

PL

W procesie obróbki plastycznej na gorąco matryce kuźnicze narażone są na działanie trzech głównych czynników niszczących: cyklicznie zmiennych obciążeń mechanicznych, intensywnych szoków cieplnych oraz intensywnego tarcia i erozji. Jednym z najbardziej efektywnych sposobów zwiększania trwałości matryc kuźniczych jest modyfikowanie właściwości warstwy wierzchniej matryc hybrydowymi technologiami obróbki powierzchniowej. Najbardziej znana i jednocześnie najbardziej rozpowszechniona technologia hybrydowa jest połączenie procesu azotowania z osadzaniem twardych powłok o charakterze przeciwzużyciowym metodami PVD. Wybrana do badan warstwa hybrydowa typu "warstwa azotowana/powłoka Cr-CrN" została otrzymana z wykorzystaniem technologii hybrydowej będącej polaczeniem procesu azotowania jarzeniowego oraz nakładania powłok metoda odparowania łukowego. Testy eksploatacyjne zostały przeprowadzone z wykorzystaniem matryc kuźniczych wykorzystywanych w produkcji różnych elementów dla przemysłu samochodowego. Najlepsza trwałość uzyskano dla matryc wykorzystywanych w procesie kucia bieżni łożysk tocznych. Opracowana hybrydowa technologia obróbki powierzchniowej umożliwiła uzyskanie blisko 6 krotnego wzrostu trwałości matryc kuźniczych, w porównaniu z trwałością matryc standardowych poddawanych jedynie procesowi azotowania.

20

Mikrostrukturalna analiza mechanizmów zużycia powłok mono- i wielowarstwowych bazujących na składzie TiN i a-C:H

Major Ł., Kot M., Major B.

Problemy Eksploatacji

|

2011

|

nr 4

19-26

PL

Przedmiotem pracy była analiza mechanizmów zużycia monowarstwowych powłok azotku tytanu (TiN) i amorficznego węgla (a-C-H) i wielowarstwowych powłok bazujących na składzie TiN/a-C-H. Powłoki wytworzone zostały za pomocą techniki ablacji laserowej (PLD- Pulsem Laser Deposition). Materiały zostały poddane dwóm rodzajom testów na zużycie: standardowy test kula-tarcza (na urządzeniu T01) i test statyczny na wciskanie kulistego penetratora z siłą 1N (na urządzeniu micro-combi tester CSM), który symulował ich rzeczywiste warunki pracy w zastosowaniu na elementy pomp wspomagania serca. Diagnostyka mikrostrukturalna powłok przed, jak i po procesie zużycia wykonana została z wykorzystaniem transmisyjnej mikroskopii elektronowej (TEM) na mikroskopie TECNAI G2 F20 (200 kV FEG). Analiza fazowa i skład chemiczny przeprowadzone zostały za pomocą technik, odpowiednio dyfrakcji elektronowej i spektralnej analizy rentgenowskiej (EDS - Energy Dispersive Spectroscopy). Oddziaływanie siły zewnętrznej podczas procesu zużycia na monowarstwową powłokę TiN spowodowało powstanie pęknięć propagujących się wzdłuż płaszczyzn najgęstszego ułożenia atomów dla struktury regularnej ściennie centrowanej, czyli wzdłuż {111}. Powłoki amorficznego węgla charakteryzowały się wyjątkowo niskim współczynnikiem tarcia (najniższym spośród analizowanych powłok). Zużycie powłok wielowarstwowych różni się od monowarstwowych. Monowarstwy zużywają się gwałtownie. Ideą zastosowania wielowarstw TiN/a-C-H była w większym stopniu możliwość kontrolowania procesów zużycia. Tego typu powłoki zużywają się warstwa po warstwie [1].

EN

Single layered TiN coating was characterized by a columnar structure with a large number of dislocations. a-C: H coating was completely amorphous. Multi-layer TiN/a-C:H coating was built of TiN and a-C:H layers placed in a sequence way. Wear test (ball-on-disc) showed that the multilayer coating was characterized by a low friction coefficient, similar to single-layered a-C:H coating. Cracks in the single TiN coating and in individual TiN layers in the multilayer coating propagated on {111}planes. Thin metal layers in a multilayer coating plastically deformed. Deformation realized at an angle of 45° to the crystallites growth direction. The presence of the metallic phase in the coating increased the energetic cost of propagating crack and the increase of brittle fracture resistance in comparison to single layered TiN coating.