Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Evaluation of the Possibility to Improve the Scratch Resistance of the AZ91 Alloy by Applying a Coating

Mróz Marek, Olszewska Sylwia, Rąb Patryk

Archives of Foundry Engineering

|

2023

|

Vol. 23, iss. 4

157--162

EN

This paper presents the possibility of improving the scratch resistance of the AZ91 magnesium alloy by applying a WCCoCr coating using the Air Plasma Spraying (APS) method. The coating thickness ranged from 140 to 160 μm. Microstructural studies of the AZ91 magnesium alloy were performed. The chemical composition of the WCCoCr powder was investigated. The quality of the bond at the substrate–coating interface was assessed and a microanalysis of the chemical composition of the coating was conducted. The scratch resistance of the AZ91 alloy and the WCCoCr coating was determined. The scratch resistance of the WCCoCr powder-based coating is much higher than the AZ91 alloy, as confirmed by scratch geometry measurements. The scratch width in the coating was almost three times smaller compared to the scratch in the substrate. Observations of the substrate–coating interface in the scratch area indicate no discontinuities. The absence of microcracks and delamination at the transition of the scratch from the substrate to the coating indicates good adhesion. On the basis of the study, it was found that there was great potential to use the WCCoCr powder coating to improve the abrasion resistance of castings made from the AZ91 alloy.

2

Adhesion of PVD and CVD hard coatings as an essential parameter that determines the durability of coated tools

Pancielejko M.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2019

|

Vol. 96, nr 1

5--21

EN

Purpose: The work is connected with the current trend related to the modification of tool surfaces with PVD and CVD methods through the deposition of coatings to increase their durability. The research results of coated tools tests that are carried out in industrial conditions are presented in details. Design/methodology/approach: Structure, chemical and phase composition investigations related to the mechanical and tribological properties of coatings produced on tool substrates and analysis of the results are included. Investigations of the properties of deposited coatings on the following tool materials were made: high speed steels, hot work tool steel, sintered carbides and SiAlON tool ceramics. Findings: Interpretation of production tests results of coated tools and an analysis of the wear mechanisms of tool blades in relation to the properties of coatings and their adhesion, in particular characterized in the scratch test, were described. Research limitations/implications: Adhesion scratch test cannot be the only and final method of such evaluation. For example a direct comparison of the results of the scratch tests of coatings is possible when adhesion is being examined of different coatings yet on the same type of the substrate. Practical implications: Based on the adhesion test results using the scratch test, the suitability of the coatings produced on the cutting tools can be quickly assessed. Originality/value: It was sought those parameters which characterize the properties of coatings, ones which would permit to effectively/practically assess the performance of tools with coatings produced, with an exclusion or limitation of long-term and expensive durability tests of tools that are carried out in industrial conditions.

3

Wpływ zawartości kobaltu na właściwości powłok WC-Co natryskiwanych naddźwiękowo

Olbrycht A., Pawlik S.

Inżynieria Powierzchni

|

2016

|

nr 3

45--53

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań powłok WC-Co natryskiwanych metodą płomieniowa naddźwiękową z proszków o zawartości kobaltu 12 i 17%. Zbadano wpływ wielkości ziarna natryskiwanego proszku WC-Co na właściwości powłok. Opisano oraz przedstawiono wyniki badań: metalograficznych, twardości HV, metodą DSI (Depth Sensing Indentation), zarysowania (scratch test), przyczepności oraz twardości Rockwella HRC. Stwierdzono, że w wyniku natryskiwania cieplnego metodą naddźwiękową proszków WC-Co otrzymano powłoki o zwartej budowie, nieznacznej porowatości oraz dobrej przyczepności do podłoża. Powłoki natryskiwane naddźwiękowo z proszku o wyższej zawartości Co 17% mają wyższą twardość (zmierzoną metodą DSI na powierzchni powłoki), niż powłoki natryskane cieplnie z proszku o zawartości 12% Co. Najwyższą średnią wartość modułu Younga odnotowano w przypadku powłoki natryskanej z proszku WC-17Co (-20+5 µm), powłoka ta ma również najwyższe twardości mierzone metoda DSI: indentacyjną, Martensa oraz Yickersa.

EN

The paper presents the results of the examinations of WC-Co coatings sprayed by high velocity flame method with powder containing different amounts of cobalt. The impact of particle size of the sprayed WC-Co powder on the properties of the coatings was also examined. The paper describes and presents the results of the following te.sts: metallographic tests, hardness measurement HV, testing by DSI method (Depth Sensing Indentation), scratch test, adhesion test and measurement of Rockwell hardness HRC. It was found that by supersonic thermal spraying with WC-Co powders with different content of Co and with various particle sizes, the, coatings of compact structure, slight porosity and a very good adhesion to the substrate were obtained. It was also found that the thermally sprayed coatings with the powder with a higher Co content, ie. 17% have higher hardness, as measured by the DSI method, on the surface of the coating than the coatings sprayed thermally with the powder containing 12% Co. The highest average vahic of Young's modults was observed for the coating sprayed with the WC-Co83/l7 (-20-5 µm) powder, this coating has also the highest hardness measured by DSI method: indentation hardness, Martens hardness and Yickers hardness.

4

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

Betiuk M., Tacikowski M., Kobus P., Kulikowski K., Smolik J.

Inżynieria Materiałowa

|

2015

|

Vol. 36, nr 3

148--152

PL

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

EN

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

5

Evaluation of the Quality of Coatings Deposited on AZ31 Magnesium Alloy Using the Anodising Method

Wieczorek J., Oleksiak B., Mizera J., Kulikowski K., Maj P.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 4

2843--2850

EN

The paper presents results of a study on the quality of coatings deposited on surfaces of AZ31 magnesium alloy products. In order to obtain protective coatings (corrosion and erosive wear protection), the methods of anodising (specimens A, B and C) and, for comparison, electroless plating (specimen D) were applied. The assessment of coating quality was based on the scratch test results. The results were used for determination of critical loads resulting in coating rupture. The best result was obtained for the specimen B (sulphuric acid anodising in combination with sealing): the critical load was 7.5 N. The smallest value (5.5 N) was observed for the specimen D, i.e. the coating produced using the electroless plating method. Moreover, erosion resistance of the coatings was assessed. In this case, a depth of the wear trace due to an erodent agent (SiC powder) effects was investigated. The results are comparable to those obtained in the scratch test. The poorest erosion resistance is demonstrated by the coating D and the best resistance is observed for the coating B.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań jakości powłok wytworzonych na powierzchni wyrobów ze stopu magnezu AZ31. Dla wytworzenia powłok o charakterze ochronnym (ochrona przed korozją i zużyciem erozyjnym), zastosowano metodę anodowania (próbki A, B i C) oraz dla porównania metodę bezprądową (próbka D). Ocenę jakości powłok oparto o wynik próby zarysowania (scratch-test). Na podstawie uzyskanych wyników wyznaczono krytyczne obciążenie, przy którym następuje przebicie powłoki. Najlepszy wynik uzyskano w przypadku próbki B (anodowanie w kwasie siarkowym połączone z uszczelnianiem), wartość krytycznego obciążenia wynosiła 7.5 N. Najmniejszą wartość obciążenia krytycznego 5.5 N, zarejestrowano w przypadku próbki D tj. powłoki wytworzonej bezprądowo. Oceniono także odporność powłok na zużycie erozyjne. W tym przypadku badano głębokość śladu powstałego wskutek oddziaływania na powierzchnię próbek ścierniwa (proszek SiC). Uzyskane wyniki są podobne do zarejestrowanych w próbie zarysowania. Najmniejszą odpornością na erozję charakteryzuje się powłoka wytworzona bezprądowo (D) a największą powłoka anodowana i uszczelniana (B).

6

Analiza odporności na pękanie powłok wieloskładnikowych na bazie azotku chromu

Kacprzyńska-Gołacka J., Mazurkiewicz A., Smolik J.

Inżynieria Materiałowa

|

2014

|

Vol. 35, nr 6

500--503

PL

Zmęczenie cieplno-mechaniczne jest jednym z głównych mechanizmów niszczenia narzędzi wykorzystywanych w obróbce plastycznej na gorąco. Cykliczne zmiany temperatury pomiędzy powierzchnią a rdzeniem narzędzia w procesie eksploatacyjnym są źródłem zmiennych naprężeń cieplnych, powodujących generowanie oraz propagację siatki pęknięć. Jednoczesne działanie cyklicznie zmiennych obciążeń mechanicznych powoduje intensyfikację procesów propagacji pęknięć zmęczeniowych. Bardzo skutecznym działaniem zwiększającym wytrzymałość na pękanie zmęczeniowe matryc kuźniczych jest kształtowanie właściwości warstwy wierzchniej z wykorzystaniem hybrydowych technologii inżynierii powierzchni. W artykule przedstawiono wyniki analizy odporności na pękanie trzech różnych powłok PVD, tj. CrN, CrAlN oraz CrAlTiN otrzymanych na podłożu ze stali WLV poddanej procesowi azotowania jarzeniowego. Badane powłoki wytworzono metodą reaktywnego odparowania łukowego. Analizę odporności na pękanie wybranych powłok przeprowadzono na podstawie wyznaczonego indeksu plastyczności H3/E2 oraz wyników badań adhezji przeprowadzonych w próbie zarysowania. Wyniki analizy poddano weryfikacji w próbach eksploatacyjnych przeprowadzonych w warunkach zmęczenia cieplno-mechanicznego. Uzyskane wyniki badań wykazały, że właściwości powłoki PVD spełniają istotną rolę w kształtowaniu odporności na pękanie warstw hybrydowych typu „warstwa azotowana/ powłoka PVD”. Analiza wyników badań adhezji przeprowadzonych w próbie zarysowania oraz analiza indeksu plastyczności powłok PVD jest skuteczną metodą oceny odporności na kruche pękanie warstw hybrydowych typu „warstwa azotowana/powłoka PVD”.

EN

Thermomechanical fatigue is one of the most important mechanism of destroying tools used in the forging industry. The cyclic temperature changes are a source of variable thermal stresses which cause the generation and propagation of thermal cracking. Simultaneous operation of cyclically variable mechanical stress causes the intensification of the fatigue crack propagation processes. Very effective operation of increasing the thermal fatigue resistance of forging dies is to shape properties of the surface layer using hybrid technology of surface engineering. In the article the author presents the analysis of the fracture toughness of three PVD coating, ie. CrN, CrAlN, CrAlTiN deposition on the steel WLV substrate subjected to nitriding process. The tested coatings were produced by the reactive arc evaporation. The analysis of the fracture toughness of selected coatings were conducted based on the H3/E2 plasticity index and the results of the adhesion tests conducted by scratch test. The results of the analysis were verified based on verifications tests conducted under thermo mechanical fatigue conditions. The results showed that the properties of PVD coatings play an important role in shaping the fracture toughness resistance of “nitrided layer/PVD coatings” hybrid layers. The analysis of the results of the adhesion tests conducted using a scratch-test and analysis of the plasticity index of the PVD coating are effective method to evaluate the fracture toughness of the “nitrided layers/PVD coatings” hybrid layers.

7

Sclero-topometry metrology in valorisation of waste oil for micro-machining of ductile cast iron

Eymard S., Ignaszak Z., Mathia T. G.

Archives of Foundry Engineering

|

2013

|

Vol. 13, iss. 4

29--38

EN

During the time, the specific characteristics and the efficient life time of oil progressively decrease, due to complex pollution, ultimately making the oil unsuitable for the initial applications. The strategy to regenerate and to valorise waste oils is investigated using improved combinations of sclerometric and topometric tests on ductile nodular cast iron. Tribo-abrasive tests are performed in critical conditions, with base oil, waste oil and regenerated oil, of similar viscosities in order to discriminate their interfacial performances. The forms of the scratch traces indicate wear resistance and tendency to elasto-plastic deformation. The mechanisms of deformation and frictional behaviours were evaluated using optical and Scanning Electron Microscopy and measured for various tribological conditions with tactile and optical profilometry. The Energy Dispersive X ray Spectroscopy completes the chemical superficial distribution of pertinent elements. The surface topography metrology is used to characterize the scratch profiles and to determine the volume of the displaced and removed material, as well as maximum pit height. The originality of this paper is that it is a unique approach specifically devoted to transformer oil concerning tribological conditions.

8

Zastosowanie metod Recatest i DSI do oceny struktury i właściwości powłok PVD

Pokorska I., Betiuk M.

Inżynieria Materiałowa

|

2012

|

Vol. 33, nr 6

592--596

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań struktury i właściwości powłok typu TiAlN + WC/C wytwarzanych metodą PVD-Arc na stali narzędziowej SW7M. Szczególną uwagę zwrócono na problematykę oceny jakości powłok wielowarstwowych na podstawie wyników badań metodą DSI i Recatest (próba zarysowania + zgład sferyczny). Metoda badawcza Recatest umożliwia precyzyjną ocenę struktury metalograficznej systemu areologicznego ilustrującą jakościowo i ilościowo zachowanie się materiałów deformowanych w próbie zarysowania (Revetest). Zasada przedstawionej w pracy metody Recatest wynika z połączenia dwóch technik badawczych: próby zarysowania (Revetest) i szlifu sferycznego (Calotest). Metodę tą można zastosować do badań systemów areologicznych typu powłoka-podłoże, powłoka wielowarstwowa-podłoże, powłoka-warstwa dyfuzyjna-podłoże. Analizowane systemy areologiczne są wytwarzane technologiami PVD, CVD, obróbki cieplnej, cieplno-chemicznej i galwanicznej. Istotą metody Recatest jest precyzyjne wykonanie zgładu sferycznego w obszarze wcześniej wykonanej rysy w analizowanym materiale powłoki i podłoża. Zgład sferyczny w obrębie rysy umożliwia prowadzenie precyzyjnych analiz wybranych cech strukturalnych odkształconego i nie odkształconego systemu areologicznego w funkcji głębokości od powierzchni. Ujawnia się struktura i charakter odkształcenia i niszczenia powłoki w całym jej przekroju. Możliwa jest obserwacja propagacji pęknięć i dekohezji w obszarach struktury powłok wielowarstwowych i granicy powłoka-podłoże oraz w podłożu. Ściśle zdefiniowane punkty i geometria analizowanych obrazów struktury na powierzchni zgładu sferycznego stają się źródłem nowych danych jakościowych i ilościowych charakteryzujących badany system. DSI (Depth Sensing Indentation) jest szeroko stosowaną metodą pomiaru twardości. W metodzie tej zastosowana siła obciążająca jest rejestrowana w funkcji głębokości odcisku podczas cyklu obciążania i odciążania. W pracy określono twardość Martensa oraz twardość indentacyjną dla stali SW7M i systemu areologicznego TiAlN + WC/C.

EN

The paper presents the results of investigations of the structure and properties of TiAlN + WC/C coatings produced by PVD-Arc method on high speed tool steel (SW7M). Recatest and Depth Sensing Indentation methods were used to the valuation of quality of multilayer coatings. The Recatest examination method allows for accurate evaluation of metallographic structure of an areological system that illustrates, in both qualitative and quantitative way, the behaviour of materials subjected to deformation during the scratch test (Revetest). The principle of the Recatest method presented in the paper is that it combines two known examination techniques – the scratch test (Revetest) and the spherical metallographic microsection (Calotest). The method can be used for examination of areological systems of the following types: coating/substrate, multilayer coating/ substrate, coating/diffusion layer/substrate obtained using for example the PVD and CVD technologies. The essence of the Recatest method is to make the precise spherical metallographic microsection in the area of a scratch previously made in the coating and substrate material being analysed. The spherical metallographic microsection within the scratch area allows for making accurate analyses of selected structural characteristics of deformed and non-deformed material with coating. The spherical microsection reveals the structure and character of coating deformation and destruction throughout its entire thickness. It is possible to observe the propagation of coating cracks and de-cohesion. The accurately defined geometries of the examined images of structures on the surface of spherical metallographic microsection are the source of new qualitative and quantitative data which characterize the material system being examined. The depth sensing indentation (DSI) test became a widely used method of hardness determination. In DSI method the applied load is registered as a function of indentation depth both during loading and unloading. Martens hardness and indentation hardness of SW7M steel and areological system TiAlN + WC/C were determined in this work.

9

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.

10

Mechanical properties of monolayer coatings deposited by PVD techniques

Dobrzański L. A., Lukaszkowicz K.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2007

|

Vol. 28, nr 9

549-556

EN

Purpose: This research was done to investigate the mechanical properties of monolayer coatings (Ti/CrN, Ti/TiAlN, Ti/ZrN, CrN, TiAl/TiAlN, Zr/ZrN, TiN) deposited by PVD technique (reactive magnetron sputtering method) onto the substrate from the CuZn40Pb2 brass. A thin metallic layer was deposited prior to deposition of ceramic monolithic coatings to improve adhesion. Design/methodology/approach: The microstructure of the coatings was cross section examined using scanning electron microscope. The residual stress was obtained from the parabolic deflection of the samples, after the coating deposition applying Stoney's equation. The microhardness and Young’s modulus tests were made on the dynamic ultra-microhardness tester. Tests of the coatings' adhesion to the substrate material were made using the scratch test. Findings: Obtained results show that all the coatings are in a state of compressive residual stress. The stiffness of the examined coatings is between 224-330 mN/µm, while Young's modulus is between 258-348 GPa. Concerning the adhesion of the coatings measured by scratch test, it has been stated that the critical load LC2 for coatings, deposited onto the brass ranges from 41 to 57 N. Research limitations/implications: In order to evaluate with more detail the possibility of applying these coatings in tools, further investigations should be concentrated on the determination of the tribological properties of the coatings. Originality/value: The paper contributes to better understanding and recognition the structure of thin coatings deposited by PVD techniques. It should be stressed that the mechanical properties of the PVD coatings obtained in this work are very encouraging and therefore their application for products manufactured at mass scale is possible in all cases where reliable, very hard and abrasion resistant coatings, deposited onto brass substrate are needed.

11

Ocena jakości powłok galwanicznych Cr/Ni

Głowacka M., Szkodo M.

Problemy Eksploatacji

|

2006

|

nr 1

181-187

PL

W pracy przedstawiono wyniki porównawczych badań elementów armatury sanitarnej z mosiądzu ołowiowego pokrytego powłoką galwaniczną chromowo-niklową (Crr/Ni10b wg PN-EN 12540: 2002), które uległy przedwczesnemu zużyciu podczas dwuletniej eksploatacji oraz elementu, który wykazał się zużyciem normalnym w tych samych warunkach użytkowania i bieżącej konserwacji. Na podstawie badań metalograficznych, pomiaru chropowatości, próby twardości i próby zarysowania stwierdzono, że w badanej grupie elementów obciążenie krytyczne wywołujące odsłonięcie podłoża na całej szerokości rysy wykonywanej w próbie zarysowania oraz twardość mogą stanowić wskaźnik trwałości eksploatacyjnej.

EN

The comparative investigations of the brass fittings for sanitary industry with the Cr/Ni coatings of different wear in two years exploitation have been presented. On the base of metallographical tests, surface roughness measurements, microhardness and scratch test were established, that hardness and critical normal force resulted of the brass exposure in a scratch test of coatings could determine a life time factor of fittings.

12

Mechanical properties of multilayer coatings deposited by PVD techniques onto the brass substrate

Lukaszkowicz K., Dobrzański L. A., Zarychta A., Cunha L.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2006

|

Vol. 15, nr 1-2

47--52

EN

Purpose: This research was done to investigate the mechanical properties of coatings deposited by PVD techniques onto brass substrate. Design/methodology/approach: The coatings were produced by reactive dc magnetron sputtering. The microstructure of the coatings was cross section examined using scanning electron microscope. The residual stress was obtained from the parabolic deflection of the samples, after the coating deposition applying Stoney’s equation. The microhardness and Young’s modulus tests were made on the dynamic ultra-microhardness tester. Tests of the coatings’ adhesion to the substrate material were made using the scratch test. Findings: Obtained results show that all the coatings are in a state of compressive residual stress. The lower values of the internal stresses in multilayer coatings result from the possibility of stress release in the successive alternating layers of the relatively soft titanium. Highest hardness values are obtained in monolayer coatings. The stiffness of the examined coatings is between 195 ÷ 330 mN/μm, while Young’s modulus is between 210 ÷ 348 GPa. Concerning the adhesion of the coatings measured by scratch test, it has been stated that the critical load LC2 for coatings, deposited onto the brass ranges from 40 to 50 N. The greatest critical load has been obtained for monolayer coatings. Research limitations/implications: In order to evaluate with more detail the possibility of applying these coatings in tools, further investigations should be concentrated on the determination of the tribological properties of the coatings. Practical implications: The tools and functional materials coated by the PVD process have shown significant improvement. Good properties of the PVD coatings make these coatings suitable for various technical and industrial applications. Originality/value: It should be stressed that the mechanical properties of the PVD coatings obtained in this work are very encouraging and therefore their application for products manufactured at mass scale is possible in all cases where reliable, very hard and abrasion resistant coatings, deposited onto brass substrate are needed.

13

Przyczynek do mechanizmu uszkadzania powłok podczas próby zarysowania

Szudrowicz M.

Tribologia

|

2000

|

nr 4

723-730

PL

Omówiono wyniki próby zarysowania dla 3 µm powłok azotku tytanu. Zaproponowano opis mechanizmu niszczenia powłok podczas próby w miarę narastającego obciążenia. Przedstawiono wnioski wynikajace z przeprowadzonej próby. Pękanie powłoki podczas próby jest wynikiem odkształcania plastycznego podłoża i związanego z nim działania naprężeń rozciągajacych i ściskających w powłoce.Zwiekszenie twardości podłoża powinno zwiększyć wartosć siły krytycznej, przy której nastepuje odwarstwienie powłoki.

EN

The results of the scratch of the TiN coatings are described. The mechanism of the coating damage as the function of growing load is disclosed. During the test we may observe: the parallel bending fracture of the coating resulting from excessive tensile stresses, the fracture of the coating before the pile-up front resulting from excessive compressing, the chipping of the coating as the load grows up.High hardness of the substrate would result in the higher chipping load.

14

Badanie powłok azotku tytanu przy użyciu próby zarysowania.

Szudrowicz M., Betiuk M., Janowski S.

Inżynieria Materiałowa

|

1999

|

R. XX, nr 5

467-469

PL

Zbadano wpływ parametrów procesu osadzania powłoki TiN (polaryzacji podłoża i czasu procesu), na obciążenie krytyczne, mierzone podczas próby zarysowania. Powłoki osadzano przy czterech różnych wartościach polaryzacji podłoża: -50, -100, -200, -400 V, w ciągu 5 minut oraz dodatkowo dla polaryzacji -50 V i -200 V, w czasie 10 i 15 minut. Topografię powierzchni powłok analizowano przy użyciu mikroskopu skaningowego i profilometru. Obciążenie krytyczne zmniejsza się przy wzroście polaryzacji i wzrasta ze wzrostem grubości powłok. Obciążenie krytyczne, często określane jako adhezja powłoki do podłoża, jest zmierzoną odpornością powłoki na odkształcenia. Mierzona głębokość rys w miejscu uszkodzenia ma stałą wartość, można przypuszczać, że istnieje odkształcenie krytyczne, po przekroczeniu którego w powłoce inicjowane są pęknięcia. Wyniki zostały sprawdzone dla powłok o jednakowej grubości.

EN

The influence of TiN deposition parameters (substrate bias and coating thickness) on the critical normal force, obtained during scratch testing has been studied. Four different values of substrate bias (-50, -100, -200, -400 V), during five minutes were used. Additionally, for substrate bias -50 V and -200 V, coatings were deposited during 10 and 15 minutes. The surface topographies were characterised using scanning electron microscopy and 3D profilometry. The critical normal force decreases with increasing substrate bias and increase with increasing coatings thickness. The critical normal force, frequently defined as adhesion between coating and substrate, there is a measure of ability of the coating to resist deformation. Measured depth of scratches in the damage places, have constant value, so the presumption is that, exist critical deformation which generate coating cracks. Results were obtained for equal coatings thickness.