Modelowanie ewolucji stanów naprężeń w wielowarstwowej powłoce CrN/Cr za pomocą MES

• Autorzy: Szparaga, Ł. , Ratajski, J.

Warianty tytułu

EN

Modelling of the stresses fields evolution in CrN/Cr multilayer coating by FEM

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy opisano ewolucję czasową stanów naprężeń w wielowarstwowej powłoce przeciwzużyciowej CrN/Cr powstających na skutek studzenia powłoki po procesie nakładania PVD. W modelu fizycznym postulowano istnienie warstwy przejściowej występującej pomiędzy warstwami powłoki CrN/Cr powodującej ciągłą zmianę parametrów fizykochemicznych pomiędzy warstwami. Celem pracy jest przedstawienie wpływu warstwy przejściowej występującej pomiędzy warstwami powłoki na dynamikę stanów naprężeń w powłoce. Zmianę parametrów materiałowych warstwy przejściowej, takich jak moduł Younga, współczynnik Poissona, współczynnik rozszerzalności cieplnej i gęstość modelowano za pomocą ciągłych i symetrycznych funkcji przejścia. Model komputerowy warstw wraz z podłożem został utworzono metodą elementów skończonych.

EN

In the work, time evolution of stress fields occurring in the multilayer CrN/ Cr antiwear coating, during cooling process after deposition with PVD method, was described. In physical model insertion of the transition layer between CrN/Cr layers, whose occurrence is reflected by the continuous change of the physical and chemical properties, across the coating thickness was postulated. The goal of the work is to estimate the influence of the transition layer on the stresses evolution in the coating. Material's parameters change in transition layer like Young's modulus, Poisson's ratio, thermal expansion coefficient and coating layers' density, was modelled using continuous and symmetric transition functions. Computer model of the coating and substrate was created using FEM method.

Słowa kluczowe

PL

naprężenia von Misesa; metoda elementów skończonych; powłoki wielowarstwowe; naprężenia cieplne

EN

Von Mises stresses; finite element method; multilayer coatings; thermal stresses

• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 32, nr 4
• Strony: 760-763
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Szparaga, Ł.

autor

Ratajski, J.

• Instytut Mechatroniki, Nanotechnologii i Techniki Próżniowej, Politechnika Koszalińska,

Bibliografia

• [1] Szparaga Ł., Ratajski J., Zarychta A.: Multi objective optimization of wear resistant TiAlN and TiN coatings deposite by PVD techniques. Archives of Materials Science and Engineering 48/1 (2011) 33÷39.
• [2] Lakkaraju R. K., Bobaru F., Rohde S. L.: Optimization of multilayer wearresistant thin films using finite element analysis on stiff and compliant substrates. Journal of Vacuum Science & Technology A: Vacuum, Surfaces, and Films 24 (2006) 146÷155.
• [3] Valle R., Leveque D., Parlier M.: Optimizing substrate and intermediate layers geometry to reduce internal thermal stresses and prevent surface crack formation in 2-D multilayered ceramic coatings. Journal of the European Ceramic Society 28 (2008) 711÷716.
• [4] Śliwa A., Dobrzański L. A., Kwaśny W., Sitek W.: Finite Element Method application for modeling of PVD coatings properties. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 27/2 (2008) 171÷174.
• [5] Szparaga Ł., Ratajski J., Olik R.: Modelowanie i symulacja numeryczna stanu naprężeń i odkształceń w warstwie wierzchniej noża strugarki do obróbki drewna pokrytego powłoką przeciwzużyciową. Inżynieria Materiałowa 176 (2010) 1249÷1254.
• [6] Haider J., Rahman M., Corcoran B., Hashmi M. S. J.: Simulation of thermal stress in magnetron sputtered thin coating by finite element analysis. Journal of Materials Processing Technology 168 (2005) 36÷41.
• [7] Śliwa A., Dobrzański L. A., Kwaśny W., Staszuk M.: Simulation of the microhardness and internal stresses measurement of PVD coatings by use of FEM. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 43/2 (2010) 684÷691.
• [8] Dobrzański L. A., Śliwa A., Kwaśny W.: Employment of the finite element method for determining stresses in coatings obtained on high-speed steel with the PVD process. Journal of Materials Processing Technology 164- 165 (2005) 1192÷1196.
• [9] Śliwa A., Mikuła J., Dobrzański L. A.: FEM application for modelling of PVD coatings properties. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 41/1-2 (2010) 164÷171.