Wpływ powierzchniowych warstw azotku tytanu wytwarzanych metodami PVD na właściwości użytkowe stopów aluminium

• Autorzy: Tacikowski, M. , Betiuk, M. , Czyżniewski, A. , Gronek, S. , Kobus, P. , Senatorski, J. , Smolik, J. , Wierzchoń, T.

Warianty tytułu

EN

The effect of the titanium nitride surface layers produced by PVD methods on the performance properties of aluminum alloys

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Barierą dla wykorzystania stopów aluminium w szeregu potencjalnych zastosowań są stosunkowo słabe własności powierzchniowe, w tym zwłaszcza mała odporność na zużycie przez tarcie. W celu poprawy właściwości powierzchniowych pracy badano efekty wykorzystania warstw azotku tytanu wytwarzanych metodami PVD na stopach aluminium z grupy durali. Wykazano, że osadzenie na stopie aluminium typu PA29 metodą odparowania w łuku powłok azotku tytanu typu TiN-Ti, znacząco podnosząc odporność na zużycie przez tarcie, skutkuje jednocześnie pogorszeniem odporności korozyjnej oraz zmniejszeniem twardości podłoża. Stwierdzono jednocześnie słabą przyczepność powłok. Wykazano, że właściwości te, w tym również w pewnym stopniu odporność korozyjną, można poprawić przez obróbkę cieplną stopu z powłoką azotku tytanu składającą się z przesycania i starzenia, która zwiększa twardość stopu i przekształca powłokę azotku tytanu w warstwę połączoną dyfuzyjnie z podłożem. Znacznie korzystniejszym, skutecznym rozwiązaniem w aspekcie jednoczesnej poprawy odporności korozyjnej i tribologicznej okazało się jednak rozwiązanie opracowane wcześniej w odniesieniu do stopów magnezu, polegające na wprowadzeniu do struktury powłoki azotku tytanu dodatkowej powłoki pośredniej – aluminium. Otrzymuje się wówczas powłokę złożoną typu TiN-Ti-Al uszczelnioną następnie metodą hydrotermiczną.

EN

Low surface properties and in particular poor wear resistance constitute a barrier for the use of aluminum alloys in the number of potential application. The effect of titanium nitride surface layers application in view of the surface properties improvement was investigated in the present work. It was demonstrated that the deposition of titanium nitride coatings on aluminum PA29 type alloy significantly increases its wear resistance but at the same time it decrease corrosion resistance and the hardness of the alloy. The coatings exhibits also relatively low adhesion. It was shown that those properties, including corrosion resistance may be improved by the heat treatment which consist in solution treatment with water quenching and further aging. The treatment increases hardness of the alloy and transforms coating in the layer diffusion bonded with the substrate. Much more efficient solution, in view of the simultaneous wear and corrosion resistance, appear to be a solution earlier developed for magnesium alloys, based on the use of an intermediate aluminum coating in the titanium nitride layer’s structure, resulting in composite coating of the type TiN-Ti-Al, combined with final sealing by hydrothermal treatment.

Słowa kluczowe

PL

stopy aluminium; azotek tytanu; warstwy powierzchniowe; metoda PVD; obróbka cieplna; odporność na korozję; odporność na zużycie przez tarcie

EN

aluminum alloys; titanium nitride; surface layers; PVD method; heat treatment; corrosion resistance; wear resistance

• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 35, nr 5
• Strony: 411--415
• Opis fizyczny: Bibliogr. 6 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Tacikowski, M.

• Wydział Inżynierii Materiałowej, Politechnika Warszawska,

autor

Betiuk, M.

• Instytut Mechaniki Precyzyjnej, Warszawa

autor

Czyżniewski, A.

• Instytut Mechatroniki Nanotechnologii i Techniki Próżniowej Politechnika Koszalińska

autor

Gronek, S.

• Wydział Inżynierii Materiałowej, Politechnika Warszawska

autor

Kobus, P.

• Wydział Inżynierii Materiałowej, Politechnika Warszawska

autor

Senatorski, J.

• Instytut Mechaniki Precyzyjnej, Warszawa

autor

Smolik, J.

• Instytut Technologii Eksploatacji, Radom

autor

Wierzchoń, T.

• Wydział Inżynierii Materiałowej, Politechnika Warszawska

Bibliografia

• [1] Tacikowski M., Smolik J., Kamiński J., Betiuk M., Wątła A., Wierzchoń T.: Wpływ warstw powierzchniowych azotku tytanu na odporność korozyjną stopu magnezu AZ91D. Inżynieria Materiałowa 5 (2013) 555÷558.
• [2] Tacikowski M., Banaszek M., Smolik J.: Corrosion-resistant composite titanium nitride layers produced on the AZ91D magnesium alloy by a hybrid method. Vacuum (2014) 298÷302.
• [3] Lugscheider E., Krämer G., Barimani C., Zimmermann H.: PVD coatings on aluminum substrates. Surface & Coatings Technology 74-75 (1995) 497÷502.
• [4] Picas J. A., Forn A., Baile M. T., Martin E.: Substrate effect on the mechanical and tribological properties of arc plasma physical vapour deposition coatings. International Journal of Refractory Metals & Hard Materials 23 (2005) 330÷334.
• [5] Youming L., Liuhe L., Ming X., Qiulong C., Yawei H., Xun C., Paul K. C.: The effect of N + -implanted aluminum substrate on the mechanical properties of TiN films. Surface & Coatings Technology 200 (2006) 2672÷2678.
• [6] Ashrafizadeh F.: Plasma-assisted surface treatment of aluminum alloys to combat wear. Surface engineering of light alloys. Woodhead Publishing Limited, Oxford (2010) 323÷361.