Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Carbon based coatings for applications in friction couples with bearing steel and aluminium alloy

Makówka M., Wendler B.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2017

|

Vol. 87, nr 1

12--20

EN

Purpose: Low friction nc-WC/a-C:H coatings deposited by means of magnetron sputtering provide very good tribological properties in friction couple against hard steels and good adhesion to steel substrates. Nevertheless, it was necessary to elaborate a new type of coatings because the nc-WC/a-C:H one had no use in friction couple against aluminium alloys. Design/methodology/approach: In the paper the WC/a-C:H and (Si, Cr)C/a-C:H coatings were investigated. The coatings were investigated by means of SEM, EDS, in order to obtain thickness, surface morphology and chemical composition of coatings. Tribological properties of deposited coatings were elaborated by means of 'pin-on-disc' method in friction couple against 100Cr6 bearing steel and AlSi alloy. Findings: It was stated that (Si, Cr)C/a-C:H coatings have very good tribological properties in friction couple against bearing steel and AlSi alloy (friction coefficient <0,1). In case of WC/a-C:H coatings, good tribological properties were achieved in friction couple with bearing steel. Both coatings have very low wear rate in investigated friction couples. Research limitations/implications: The (Si,Cr)C/a-C:H coating have a worse quality of adhesion to quenched and tempered Vanadis 23 HS steel substrate in comparison with the nc-WC/a-C:H coating. Resolving this disadvantage can increase potential of application of (Si, Cr)C/a-C:H coatings. Practical implications: Newly developed (Si, Cr)C/a-C:H coating has a greater application potential for modification of surfaces of elements working in friction couples against hardened steels and light alloys like AlSi. Originality/value: There are numerous publications where low friction carbon based coatings were described mostly as a coatings deposited on elements working in friction couples against hard steels. Undertaken tests showed that the newly developed (Si,Cr)C/aC:H coating can have a broad spectrum of applications in friction couples against different counterbodies, including light Al alloys.

2

Plasma oxidized Ti6Al4V and Ti6Al7Nb alloys for biomedical applications

Pązik B., Grabarczyk J., Batory D., Kaczorowski W., Burnat B., Czerniak-Reczulska M., Makówka M., Niedzielski P.

Engineering of Biomaterials

|

2016

|

Vol. 19, no. 138 spec. iss.

68

3

Plasma oxidized Ti6Al4V and Ti6Al7Nb alloys for biomedical applications

Pązik B., Grabarczyk J., Batory D., Kaczorowski W., Burnat B., Czerniak-Reczulska M., Makówka M., Niedzielski P.

Engineering of Biomaterials

|

2016

|

Vol. 19, no. 135

8--12

EN

Titanium and its alloys are one of the most popular metallic materials used in medicine for many years. Their favorable mechanical properties, high corrosion resistance and good biotolerance in an environment of tissues and body fluids, cause that they are widely used as construction material of orthopaedic dental and neurological implants. Their disadvantages are poor tribological properties manifested by high coefficient of friction, scuffing and tendency to formation of adhesive couplings. In many research centers the works on improving the unfavorable tribological properties of titanium alloys are conducted. They rely on the use of modern methods of surface treatment including the thermo-chemical methods (nitriding, carburizing, oxidation) and the synthesis of thin films using PVD and CVD methods. In the presented work the glow discharge oxidation was applied to improve the surface properties of two-phase Ti6Al4V and Ti6Al7Nb titanium alloys. The results include a description of the obtained structure of the surface layer, surface topography, micro-hardness, wear ratio and corrosion resistance. The obtained results indicate changes in the surface layer of the material. The surface hardness was more than doubled and the depth of increased hardness region was up to 85 microns. This, in turn, several times decreased the wear rate of the modified materials while reducing the wear rate of the countersample. At the same time the carried out thermo-chemical treatment did not cause any structural changes in the core material. The oxidation process preferably influenced the corrosion properties of titanium alloys. Both, significant increase in the corrosion potential (approx. 0.36 V), as well as increased polarization resistance were observed. The modified surfaces also retained a high resistance to pitting corrosion.

4

Analiza właściwości tribologicznych powłok a-C:H:SiOx wytwarzanych metodą RF PACVD

Batory D., Kaczorowski W., Kołodziejczyk Ł., Makówka M., Jędrzejczak A.

Inżynieria Materiałowa

|

2015

|

Vol. 36, nr 6

473--478

PL

Domieszkowane SiOx powłoki węglowe zostały wytworzone metodą RF PACVD (Radio Frequency Plasma Assisted Chemical Vapour Deposition) z wykorzystaniem mieszaniny metanu (CH4 ) oraz heksametylodisiloksanu (HMDSO). Procesy syntezy prowadzono przy różnych proporcjach przepływu CH4/ HMDSO oraz w szerokim zakresie ujemnego potencjału autopolaryzacji elektrody rf. Jako substraty zastosowano utleniany stop tytanu Ti6Al7Nb. Badania współczynnika tarcia oraz odporności na zużycie przez tarcie przeprowadzono metodą kula–tarcza za pomocą tribotestera T-11 oraz przeciwpróbki wykonanej ze stali 100Cr6. Analizę śladów wytarcia prowadzono za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego oraz spektroskopii Ramana. Odporność na zużycie przez tarcie określano na podstawie zarejestrowanych profili wytarcia powłok oraz przeciwpróbek. Wyniki przeprowadzonych badań potwierdzają zróżnicowany wpływ parametrów procesów syntezy na właściwości tribologiczne otrzymanych powłok. Zarejestrowano wyraźnie pozytywny wpływ domieszki SiOx na zmniejszenie współczynnika tarcia badanych powłok obserwowany już w zakresie poniżej 0,5% at. Si. Niemniej jednak dla niższych potencjałów autopolaryzacji powłoki o dużej zawartości krzemu i tlenu uległy zniszczeniu po kilku metrach drogi tarcia. Głównym mechanizmem zużycia powłok a-C:H:SiOx jest efekt trzeciego ciała. Wydaje się, że domieszkowanie powłok węglowych SiOx ogranicza zjawiska grafityzacji prowadzące do powstania warstwy przejściowej spełniającej rolę smaru stałego. Pomimo wyraźnie mniejszych oraz stabilnych wartości współczynników tarcia powłok a-C:H:SiOx przy większych zawartościach krzemu i tlenu nie zapewniają one wystarczającej ochrony przed zużyciem współpracujących elementów.

EN

SiOx incorporated carbon coatings were synthesized using RF PACVD (Radio Frequency Plasma Assisted Chemical Vapour Deposition) method with use of mixture of methane (CH4) and hexamethylodisiloxane (HMDSO). The processes of synthesis were conducted using different CH4/HMDSO flow ratios and wide range of the self-bias potential of the r.f. electrode. As the substrate oxidized Ti6Al7Nb titanium alloy was used. Friction coefficient and wear resistance analysis was performed using the T-11 tribometer in the ball–on–disc configuration and counterpart made of 100Cr6 steel. Wear track analysis was made using scanning electron microscopy and Raman spectroscopy. The resistance against wear was determined basing on the registered wear profiles and scars on the surface of the coatings and the balls respectively. The results of the conducted examinations prove the varied impact of the process parameters on the tribological properties of the obtained coatings. A noticeably positive influence of SiOx incorporation on the decreasing value of the coefficient of friction was registered for as low concentration of silicon as 0.5 at. %. Nevertheless for low self-bias potentials coatings with high concentration of silicon and oxygen were damaged just after few meters of the sliding distance. The main wear mechanism of a-C:H:SiOx coatings is the third body effect. It seems that incorporation of SiOx into carbon coatings limits the graphitisation phenomena, which lead to formation of the transition layer acting as the solid lubricant. Despite significantly lower and stable coefficients of friction of a-C:H:SiOx coatings with higher concentrations of silicon and oxygen they do not provide sufficient protection against wear of the co-working elements.

5

Supertwarde, nanostrukturalne powłoki TiN/a-Si3N4 na stali Vanadis 23 osadzone nową metodą rozpylania magnetronowego

Wendler B., Progalski I., Moskalewicz T., Pawlak W., Rylski A., Makówka M., Włodarczyk-Kowalska K., Nolbrzak P.

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 5

563--567

PL

W artykule zamieszczono wyniki badań nanostrukturalnej powłoki TiN/a-Si3N4 osadzonej na stali Vanadis 23 metodą reakcyjnego rozpylania magnetronowego opracowaną w 2010 r. w Instytucie Inżynierii Materiałowej Politechniki Łódzkiej. Nowa metoda polega na nieciągłym (impulsowym, o czasie otwarcia mikrozaworu ~1 ms) wprowadzaniu do komory próżniowej niewielkiej masy (około kilkudziesięciu miligramów) sprężonego gazu, co powoduje gwałtowny wzrost ciśnienia gazu i zapłonu gęstej plazmy wyładowania magnetronowego i rozpylania targetu aż do zaniku wyładowania, gdy ciśnienie w komorze ulegnie obniżeniu poniżej progu gaśnięcia plazmy, po czym następuje kolejne otwarcie mikrozaworu i proces zapłonu plazmy i jej gaśnięcia powtarza się z częstotliwością ~1 HZ. Wytworzona powłoka składa się Z nanokrystalitów fazy TiN (osbornitu, o strukturze regulamej B1) i a-Si3N4 o symetrii trójskośnej i charakteryzuje się dużą twardością (47 GPa), dużym modułem Younga (560 GPa), bardzo silną teksturą osiową <111>, dużą zwartością powłoki, dużą adhezją do stalowego podłoża (LC = 118 N) oraz dużą gładkością powierzchni (Ra = 0,28 um). Ze względu na korzystne charakterystyki wytworzonej powłoki oraz prostotę nowej metody, niskie koszty inwestycyjne oraz korzystne cechy impulsowej plazmy wyładowania magnetronowego, autorzy artykułu są przeświadczeni o szerokich możliwościach aplikacyjnych tej nowej metody, chronionej szeregiem zastrzeżeń zgłoszonych do Urzędu Patentowego Rzeczypospolitej Polskiej.

EN

Results of charaterization of a superhard, nanostructured TiN/a-Si3N4 coating deposited on Vanadis 23 HS steel with use of a new reactive magnetron sputtering technique elaborated in the Institute of Materials Science and Engineering of the Lodz University of Technology in 2010 are presented in the paper. The new technique consists in an inetermittent delivery of a small amount of a compressed gas into a vacuum chamber with magnetrons connected permanently to current sources. As a result an instantaneous magnetron sputtering discharge is being excited in the chamber of a high intensity of electromagnetic emission, which decreases incessantly until the plasma extinguishes due to permanent working pumping stand. The process repeats when the next gas impulse will be delivered to the vacuum chamber. The frequency of the magnetron discharges is of the order of magnitude of 1 HZ. The coatings deposited on the HS substrate is composed of TiN (osbornite) nanocrystallites of B1 cubic symmetry and of the a-Si3N4 ones of a triclinic symmetry and is characteristic of a superhardness (47 GPa), high Young's modulus (560 GPa), a strong axial texture <111>, high compacity, high adhesion to the HS steel substrate (LC = 118 N) and a low surface roughness (Ra = 0,28 um). In view ofthe useful properties of the deposited coating, simplicity of the deposition technique, low Investment costs and advantageous features of the pulse magnetron discharge plasma, the authors ofthe paper are persuaded of a broad range of possible applications of this new deposition method submitted for protection of numerous claims to the Polish Patent Ofﬁce in 2010 and 2012.

6

Struktura i właściwości mechaniczne hybrydowych powłok nc-WC/a-C:H

Gawroński J., Makówka M., Pawlak W., Kaczmarek Ł.

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 5

434--437

PL

W ostatnich latach daje się zaobserwować coraz większe zainteresowanie przemysłu motoryzacyjnego, lotniczego i AGD poprawą właściwości użytkowych odlewniczych stopów aluminium. O ile badania z zakresu modyﬁkacji powierzchni stopów Al przeznaczonych do przeróbki plastycznej z grupy 2024 i 7075 są prowadzone na świecie od wielu lat, o tyle w zakresie stopów odlewniczych Al, w szczególności siluminów, prace te są dopiero w fazie początkowej. W pracy wykonano badania na wybranym siluminie z naniesioną powłoką nc-WC/a-C:H metodą PVD, w temperaturze 150°C, atmosferze argonu, pod ciśnieniem 0,55 Pa oraz w zakresie mocy 0,2÷1,4 kW. Do nanoszenia powłok użyto targetów z wolframu i graﬁtu. Tak wytworzone powłoki badano pod względem przyczepności do podłoża, właściwości mechanicznych (nanotwardość, moduł Younga), tribologicznych (współczynnik tarcia, zużycie) oraz strukturalnych (EDS, XRD). W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono, że wytworzone powłoki metodą PVD na wybranym siluminie w znaczący sposób zwiększają jego właściwości użytkowe, co może przyczynić się do ich coraz szerszego zastosowania na części maszyn, w których jest wymagane zwiększenie odporności na ścieranie.

EN

In recent years it is observed increasing interest of automotive, aviation and power hydraulics industries of the use properties improvement of aluminium casting alloys. While the scientiﬁc research in the field of aluminium alloys surface modiﬁcation predicted for mechanical working - within the 2024 and 7075 groups - has been carried out all over the world since many years whereas in terms of casting aluminum alloys, in particular silumins, studies are at the very initial phase. In this work, tests were performed on the selected casted silumin with former deposited by PVD method nc-WC/a-C:H coating. Process conditions were: temperature of 150°C, argon atmosphere, pressure of 0.55 Pa and the power range of 0.2÷1.4 kW. The targets used for coating were tungsten and graphite. As deposited coatings were tested in terms of its adhesion to the substrate, mechanical properties (nanohardness, Young's modulus), tribological properties (friction coefﬁcient, wear) and structural properties (EDS, XRD). As a result it was found that deposited by PVD method coatings on the selected silumin significantly improve its performance and use properties which may contribute to their increasingly wider application wherever the need of increased wear resistance.

7

Powłoki węglowe domieszkowane krzemem wytwarzane metodą RF PACVD

Jędrzejczak A., Batory D., Cłapa M., Makówka M., Niedzielski P.

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 5

459--462

PL

W pracy przedstawiono wyniki wstępnych badań właściwości kompozytowych warstw diamentopodobnego węgla domieszkowanych krzemem, wytworzonych hybrydową metodą RF PACVD/MS na utlenianym w wyładowaniu jarzeniowym stopie tytanu Ti6Al7Nb. Stwierdzono, iż całkowita grubość warstwy utlenionej na powierzchni substratu wynosi ok. 100 um, natomiast badania twardości na przekroju poprzecznym wykazały ponad dwukrotny wzrost tego parametru w porównaniu z niemodyfikowanym stopem tytanu. Technologia syntezy warstw Si-DLC obejmowała zastosowanie międzywarstwy o charakterze gradientowym Ti-TixCy o grubości ok. 200 nm w celu poprawy adhezji ﬁnalnych powłok na bazie węgla i krzemu. W celu uzyskania różnych koncentracji krzemu powłoki były wytwarzane z mieszaniny metanu oraz oparów ciekłego prekursora krzemoorganicznego (heksametylodisiloksanu) przy różnym stosunku przepływu oraz w szerokim zakresie ujemnego potencjału autopolaryzacji elektrody w.cz. Wykazano, iż metodą RF PACVD Z wykorzystaniem mieszaniny metan/heksametylodisiloksan można wytworzyć jednorodną, dobrze przylegającą do zastosowanego podłoża powłokę węglową domieszkowaną krzemem. Zbadano prędkości nanoszenia oraz przeprowadzono badania składu chemicznego i właściwości mechanicznych uzyskanych warstw. Skład chemiczny prekursora krzemoorganicznego przyczynił się do znacznego wzrostu prędkości nanoszenia, wykazując praktycznie jej liniowy wzrost wraz ze zwiększającą się koncentracją oparów ciekłego prekursora krzemoorganicznego. Zaobserwowano zwiększenie twardości warstw towarzyszące wzrostowi stosunku CH4/HMDSO dla wysokich wartości ujemnego potencjału autopolaryzacji (800÷1000 V) oraz znaczny spadek tego parametru W przypadku małej wartości Up (600 V). Dla wszystkich badanych powłok, niezależnie od wartości ujemnego potencjału autopolaryzacji, stwierdzono znaczące zmniejszenie modułu Younga postępujące wraz ze zmniejszającym się stosunkiem przepływu CH4/HMDSO.

EN

This paper presents the results of a preliminary study of properties of silicon-doped diamond-like carbon composite layers produced by a hybrid RF PACVD/MS method onto oxidized in the glow discharge titanium Ti6Al7Nb alloy. lt was found that the total thickness ofthe oxidized layer on the surface of the substrate was about 100 um, and the hardness tests on the cross section have shown double increase of this parameter compared to the unmodiﬁed titanium alloy. The technology of synthesis of Si-DLC layers included the use of a gradient Ti-TixCy interlayer of 200 nm in thickness in order to improve the adhesion of the final carbon and silicon based coating. In order to obtain different concentrations of silicon, the coatings were produced from a mixture of methane and vapour of liquid organosilicon precursor (hexamethyldisiloxane) at a different gas flow ratios and a wide range of negative self-bias. It has been shown that by the RF PACVD method, using a methane/ hexamethyldisiloxane mixture, the uniform and well adherent silicone doped carbon coatings can be produced. The deposition rates, chemical composition as well as mechanical properties of the obtained layers were studied. The chemical composition of organosilicon precursor contributed to a signiﬁcant increase of the deposition rates and showed its almost linear increase with increasing concentration of the vapours. For high values of the negative selfbias (800÷1000 V) an increase in the hardness of the layers with increased CH4/HMDSO flow ratio was observed. Whereas considerable decrease of this parameter was observed in the case of low Up (600 V) value. The signiﬁcant decrease in the Young's modulus progressing with decreasing CH4/ HMDSO ﬂow ratio for all examined coatings, regardless of the negative selfbias potential, was found.

8

Nanocomposite carbon-or MoS2-based selflubricating coatings for automotive, aviation and spacecraft industries

Wendler B., Moskalewicz T., Rudnik D., Zimowski S., Kot M., Grobelny M., Pawlak W., Rylski A., Czyrska-Filemonowicz A., Makówka M., Nolbrzak P., Włodarczyk K.

Composites Theory and Practice

|

2013

|

R. 13, nr 1

52-58

EN

Higher performance and reliability, reduced fuel and lubricant consumption as well as a greater solicitude to the earth's environment are nowadays the main driving forces of progress in contemporary automotive, aviation and spacecraft industries. Among the effective solutions of these issues are friction reduction in the powertrains of vehicles as well as mass reduction of engines by means of the replacement of steel parts of engines or other mechanisms by twice lighter ones made from titanium alloys. In the paper, basic information concerning the manufacturing of two types of thick carbon or MoS2-based friction reducing nanocomposite coatings is given and part of the characterization results concerning their microstructure, mechanical and tribological properties as well as the corrosion resistance of nanocomposite nc-WC/a-C and MoS2(Ti,W) coatings deposited by magnetron sputtering onto Vanadis 23 HS steel and hardened Ti6Al4V titanium alloy substrates are presented and discussed. The work was accomplished by an interdisciplinary team of researchers from AGH University of Science and Technology in Krakow, the Motor Transport Institute in Warsaw and of the Lodz University of Technology in the frame of the POIG project KomCerMet (Workpackage KCM3) financed by the Ministry of Science and Higher Education of Poland.

PL

Większa wydajność i niezawodność, niższe zużycie paliwa i smarów, a także większa troska o środowisko naturalne - to dzisiaj główne siły napędowe postępu technicznego w motoryzacji, lotnictwie i przemyśle kosmicznym. Do skutecznych sposobów rozwiązywania tych problemów należą: obniżanie strat energii wskutek tarcia w układach przenoszenia napędu, jak również obniżenie wagi konstrukcji poprzez zastąpienie stalowych elementów mechanizmów i silników dwukrotnie lżejszymi, wykonanymi ze stopów tytanu. W pracy zawarto podstawowe informacje dotyczące wytwarzania dwóch rodzajów grubych nanokompozytowych powłok niskotarciowych na osnowie amorficznego węgla bądź MoS2 osadzonych przez rozpylanie magnetronowe na podłożach ze stali Vanadis 23 i utwardzonego stopu tytanu Ti6Al4V oraz część wyników badań ich właściwości, w szczególności mikrostruktury, właściwości mechanicznych, tribologicznych oraz odporności na korozję, a także dyskusję tych wyników. Badania były wykonane w ramach projektu KomCerMet (pakiet KCM3) przez interdyscyplinarny zespół badawczy złożony z pracowników Akademii Górniczo-Hutniczej, Instytutu Transportu Samochodowego oraz Politechniki Łódzkiej w ramach Programu Operacyjnego POIG, finansowanego przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego.

9

Odporność korozyjna niskotarciowych, nanokompozytowych powłok typu MoS2Ti, MoS2(Ti,W) wytworzonych na stopie tytanu Ti6Al4V metodą rozpylania magnetronowego

Grobelny M., Dytkowicz B., Rudnik D., Nolbrzak P., Włodarczyk K., Makówka M., Pawlak W.

Ochrona przed Korozją

|

2012

|

nr 4

160-163

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań korozyjnych nanokompozytowych powłok typu MoS2Ti oraz MoS2(Ti, W) otrzymywanych metodą rozpylania magnetronowego. Powłoki zostały wytworzone na stopie tytanu Ti-6Al-4V, utwardzonym dyfuzyjnie międzywęzłowymi atomami tlenu do twardości powierzchniowej ok. 33 HRC. Właściwości korozyjne badanych materiałów oszacowano na podstawie analizy krzywych woltamperometrycznych, które zarejestrowano w środowisku 0,5 M NaCl oraz w 0,5 M Na2SO4. W pracy również przedstawiono wyniki badań wykonanych techniką elektronowej mikroskopii skaningowej (SEM). Określono średni współczynnik tarcia oraz współczynnik odporności na zużycie oraz klasę adhezji metodą Daimler-Benz.

EN

The paper presents the study of corrosion properties of nanocomposite coatings MoS2Ti and MoS2(Ti, W) produced by magnetron sputtering method on titanium alloy Ti6Al4V. Corrosion resistances of the coatings were performed by means of voltametric measurements (polarization curves) carried out in the sodium sulfate and sodium chlorate solutions. Surfaces of the coatings were characterized using scanning electron microscopy (SEM). The paper presents the results of tribological tests. Average coefficient of friction and wear resistance were determined. Class of adhesion by Daimler-Benz method were identifi ed.

10

Wysokotemperaturowe niskotarciowe powłoki na bazie MoO3 i Ag osadzane metodą magnetronową

Makówka M., Pawlak W., Wendler B., Sielski J., Kozanecki M.

Inżynieria Materiałowa

|

2011

|

Vol. 32, nr 4

553-557

PL

Powłoki na bazie tlenku molibdenu MoO3 oraz srebra osadzono metodą niereaktywnego rozpylania magnetronowego tarcz z MoO3 oraz czystego Ag na ulepszanej cieplnie stali szybkotnącej Vanadis 23, podłożu z tlenku aluminium Al2O3 oraz czystym krzemie. Powłoki poddano wygrzewaniu w zakresie temperatury 150÷550°C i zbadano wpływ wygrzewania na zachodzące zmiany strukturalne w powłokach i ich właściwości. Zbadano ich skład chemiczny metodą EDS, skład fazowy metodą dyfrakcji rentgenowskiej i spektroskopii przesunięć Ramana oraz właściwości tribologiczne za pomocą testu kulka/tarcza. Określona została także jakość adhezji do podłoży stalowych na podstawie testu Daimlera-Benza. Powłoki wykazują bardzo dobre właściwości tribologiczne (współczynnik tarcia suchego o wartości ok. 0,12 i dobra odporność na zużycie na skutek tarcia) w temperaturze powyżej 300°C i z powodzeniem mogą być stosowane jako niskotarciowe powłoki na elementy par ciernych pracujących w podwyższonej temperaturze.

EN

Thin films based on molybdenum oxide and silver were deposited using nonreactive magnetron sputtering of MoO3 and pure silver targets onto Vanadis 23 HS steel, alumina Al2O3 and pure silicon wafers. Deposited coatings were annealed in a range of temperatures from 150°C to 550°C. Influence of annealing temperature on coatings' structure and their structural and tribological properties was studied. Chemical composition using EDS, phase composition using XRD and Raman Shifts Spectrometry as well as tribological properties by means of 'pin-on-disc' test were investigated. Adhesion quality of the coatings to the steel substrates was also studied by Daimler-Benz test. Coatings have very good tribological properties like low coefficient of friction (0.12) and high resistance to wear in temperatures above 300°C and can be applied as low friction coatings for friction couples working in high temperatures.

11

Hard and superhard nanolaminate and nanocomposite coatings for machine elements based on Ti6Al4V alloy

Wendler B., Moskalewicz T., Progalskiy I., Pawlak W., Makówka M., Włodarczyk K., Nolbrzak P., Czyrska-Filemonowicz A., Rylski A.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2010

|

Vol. 43, nr 1

455--462

EN

Purpose: Verification of a series of hybrid treatments of Ti6Al4V alloy consisting of primary diffusion hardening of the substrate with subsequent deposition of wear resistant coatings. Design/methodology/approach: Different nanolaminate and nanocomposite coatings were deposited with use of four different methods including a newly developed high density gas pulsed plasma MS technique. After deposition the coatings were investigated using OM, SEM, HRTEM, XRD, XPS, nanoindentation, Daimler-Benz, ball-on-plate and scratch tests. Findings: Besides an important increase of Ti6Al4V alloy hardness much greater further increase of hardness was obtained due to coatings deposition up to 53 GPa in case of a nanolaminate coating and to 47 GPa in case of a nanocomposite nc-TiN/a-SiN coating. At the same time the volume wear coefficient decreases several orders of magnitude for all the coatings. Simultaneously the friction coefficient decreased to a great extent except for the nc-TiN/a-SiN coating. Research limitations/implications: High density gas pulsed plasma magnetron sputtering is an effective method for superhard coatings deposition, however the roughness of the deposited nc-TiN/a-SiN coating was greater than after conventional magnetron sputtering. This finding needs further experimental and theoretical investigation. Practical implications: Greater surface roughness and high resistance to wear of the coatings synthesized using the newly developed gas pulsed plasma magnetron sputtering deposition limits their application to wear protection of cutting tools rather than for friction reduction in tribological couples. Originality/value: Applicability of the broad spectrum of nanolaminate and nanocomposite coatings as well as different CVD and PVD techniques for an improvement of tribological properties of Ti6Al4V alloy was analyzed in the paper including a newly developed original high density gas pulsed plasma magnetron sputtering technique.

12

Niskotarciowe i odporne na zużycie nanokompozytowe powłoki typu nc-CrC/a-C oraz nc-CrC/a-C:H

Makówka M., Moskalewicz T., Włodarczyk K., Wendler B.

Inżynieria Materiałowa

|

2010

|

Vol. 31, nr 4

1091-1095

PL

Powłoki typu nc-CrC/a-C oraz nc-CrC/a-C:H są osadzane metodą rozpylania magnetronowego, w której osadzanie par substratów z rozpylonych czystych tarcz chromowej oraz grafitowych odbywa się w atmosferze Ar lub Ar+H2, odpowiednio. Nanokompozyty mają strukturę nanokrystaliczno-amorficzną i składają się z nanokrystalitów węglika chromu w amorficznej osnowie węglowej, w której występują zarówno obszary o hybrydyzacji sp2 i sp3. Powłoki te osadzane są na powierzchni hartowanej oraz odpuszczanej stali szybkotnącej Vanadis23, utwardzanym dyfuzyjnie stopie tytanu Ti6Al4V oraz podłożach krzemowych typu Si(p). W artykule scharakteryzowano ich skład chemiczny, mikro- i nanostrukturę, właściwości mechaniczne i tribologiczne, a także morfologię i topografię powierzchni. Zbadano także wpływ parametrów procesów osadzania na właściwości powłok.

EN

Nanocomposite nc-CrC/a-C and nc-CrC/a-C:H coatings were deposited using magnetron sputtering of pure chromium target and graphite ones in Ar or Ar+H2 atmosphere, respectively. Coatings have nanocrystaline-amorphous structure and consist of nanocrystalites of chromium carbide in amorphous carbon matrix in which are areas of sp3 and sp2 hybridization. Coatings were deposited onto quenched and tempered Vanadis 23 HSS steel, diffusion hardened Ti6Al4V alloy and pure Si(p) wafers. In this article the chemical compound, mikro- and nanostructure, mechanical and tribological properties, morphology and topography were characterized. The influence of process parameters on coatings' properties was also investigated.

13

Low friction MoS2(Ti, W) coatings deposited magnetron sputtering

Pawlak W., Wendler B., Nolbrzak P., Makówka M., Włodarczyk K., Rylski A.

Inżynieria Materiałowa

|

2010

|

Vol. 31, nr 3

422-426

EN

Self-lubricating coatings are important materials in modern machine engineering. Three different series of magnetron sputtered MoS2-based coatings with titanium and/or tungsten admixture have been investigated. As a result, a decrease of wear coefficient during dry friction was achieved in comparison with known MoS2-based coatings with admixture of atoms of only one transition metal. Moreover, the friction coefficient was stabilized at a level of 0.04. Other investigations of surface morphology, chemical and phase composition, microhardness and coatings' adhesion to Vanadis 23 High Speed Steel (HSS) substrate have been performed in the work as well.

PL

Powłoki samosmarujące są ważnymi materiałami w nowoczesnej technice. Osadzono trzy serie powłok, zawierających jako osnowę dwusiarczek molibdenu z domieszkami tytanu i/lub wolframu, za pomocą rozpylania magnetronowego. Osiągnięto zmniejszenie współczynnika zużycia względem znanych powłok z domieszkami tylko jednego metalu oraz stabilizację współczynnika tarcia na poziomie 0,04. Ponadto wykonano badania morfologii powierzchni, składu chemicznego oraz fazowego, mikrotwardości oraz przyczepności powłok do stalowego podłoża.

14

Low friction and wear resistant nanocomposite nc-MeC/a-C and nc-MeC/a-C:H coatings

Włodarczyk K., Makówka M., Nolbrzak P., Wendler B.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2009

|

Vol. 37, nr 2

354-360

EN

Purpose: Elaboration of nanocomposite, low friction and wear resistant coatings in order to increase the life-time and reliability of friction couples especially in aviation industry, car industry and of cutting tools. These coatings consist of nanocrystallites of chromium or titanium carbides built into amorphous carbon matrix. Design/methodology/approach: Coatings type nc-MeC/a-C and nc-MeC/a-C:H (where Me means Cr or Ti transition metal) are deposited by a PVD method based on magnetron sputtering of pure Ti or Cr and pure graphite targets in the atmosphere of Ar or Ar+H2, respectively. The coatings are deposited onto the surface of quenched and tempered HSS steel Vanadis23 and diffusion hardened titanium alloy Ti6Al4V. Findings: Depending on deposition parameters, like the power ratio of transition metal to carbon targets or the substrate bias, it is possible to obtain different morphological and tribological properties of coatings. These latter are very important for designing friction couples in mechanical applications. Originality/value: The coatings are characterized of very low friction coefficient (0.06 for nc-TiC/a-C and 0.08 for nc-TiC/a-C:H and nc-CrC/a-C:H coatings).