Wyniki wyszukiwania - Biblioteka Nauki

1

Cracks Development Formed as a Result of Cyclic Micro-Impacts on the Surface of Anti-Wear Coatings

100%

Krupa J. , Zimowski S.

Tribologia

|

2022

|

tom nr 1

33--41

EN

Fatigue tests are commonly used to define the mechanical properties of materials intended for responsible components operating in various conditions. The fatigue strength of monolithic materials is most often determined during bending, tensile, compression, or torsion tests. The growing area of thin, hard coatings application forced the researchers to extend the fatigue tests to the coating-substrate systems. Since the behaviour of complex, modern materials are not subject to general rules, it is necessary to conduct investigation and analyses and generalise the results of these tests for given groups of materials. In this article, micro- impact fatigue tests were performed to analyse the behaviour of single- and double-layer chromium and chromium nitride coatings. The microhardness and elastic modulus obtained by an indentation method were used to determine the influence of mechanical properties of the coatings on their fatigue wear. After the fatigue tests, the deformation of the coating/substrate system was examined, taking into account the geometry of the craters, and the forms of coating wear caused mainly by cracking were analysed.

PL

Badania zmęczeniowe są powszechnie stosowane do określenia właściwości mechanicznych materiałów przeznaczonych na odpowiedzialne elementy pracujące w różnych warunkach. Wytrzymałość zmęczeniowa materiałów monolitycznych wyznaczana jest najczęściej podczas testów zginania, rozciągania, ściskania lub skręcania. Zwiększenie obszarów zastosowania cienkich, twardych powłok wymusiło na badaczach rozszerzenie testów zmęczeniowych na układy powłoka–podłoże. Ponieważ zachowanie złożonych, nowoczesnych materiałów nie podlega znanym regułom, konieczne jest prowadzanie badań i analiz oraz dążenie do uogólnienia wyników tych badań dla danych grup materiałów. W artykule przeprowadzono mikroudarowe badania zmęczeniowe w celu analizy zachowania przeciwzużyciowych jedno- i dwuwarstwowych powłok chromu i azotku chromu. Przeprowadzone pomiary mikrotwardości i modułu sprężystości metodą indentacyjną pozwoliły na określenie wpływu właściwości mechanicznych powłok na ich zużycie zmęczeniowe. Po testach zmęczeniowych zbadano odkształcenie układu powłoka/podłoże ze względu na geometrię kraterów oraz dokonano analizy form zużycia powłok, którego główną przyczyną było pękanie.

2

Influence of a Steel Substrate Surface Roughness on the Mechanical Properties of a Peek Coating Deposited with the Electrophoretic Method

80%

Otto M. , Fiołek A. , Zimowski S.

Tribologia

|

2022

|

tom nr 2

33--44

EN

The mechanical properties, adhesion and roughness of polymer coatings depend on many factors, including the unevenness of the substrate surface. Nevertheless, the influence of the substrate surface roughness is related to the coating type and substrate material and the used deposition method. Therefore, the effect of the surface roughness of a structural steel substrate on the mechanical properties of a PEEK coating is ambiguous. The indentation tests conducted show that, at a specific load of the indenter, the roughness of the steel substrate surface does not significantly affect the Vicker’s hardness of the tested PEEK coatings. The average Vicker’s hardness and elastic modulus are approximately 300 MPa and 5.6 Gpa, respectively, at the lowest of the applied loads, regardless of the surface roughness level of the steel substrate. Nevertheless, the surface roughness of the steel substrate after fine grinding of Ra = 0.21 μm, compared to the polished one with Ra = 0.005 μm, meant that adhesion improved, and the scratch hardness increased by approximately 130 to 370 [MPa] of the PEEK coating.

PL

Właściwości mechaniczne, przyczepność oraz chropowatość powłok polimerowych zależą od wielu czynników, a w tym od nierówności powierzchni podłoża. Niemniej jednak wpływ wielkości chropowatości powierzchni podłoża okazuje się być związany z rodzajem materiału powłokowego i podłoża oraz zastosowaną metodą osadzania. Wobec tego oddziaływanie chropowatości powierzchni podłoża ze stali konstrukcyjnej na właściwości mechaniczne powłoki PEEK osadzanej elektroforetycznie nie jest jednoznaczny. Przeprowadzone badania indentacyjne wskazują, że przy określonym obciążeniu wgłębnika chropowatość powierzchni stalowego podłoża nie wpływa znacząco na twardość Vickers’a badanych powłok PEEK. Średnia twardość Vickers’a i modułu sprężystości wynosi odpowiednio ok. 300 MPa i 5.6 GPa przy najmniejszym z zastosowanych obciążeń, niezależnie od mikronierówności powierzchni stalowego podłoża. Nie mniej jednak większa chropowatość powierzchni stalowego podłoża po szlifowaniu dokładnym rzędu Ra = 0.21 μm, względem polerowanego o Ra = 0.005 μm, przełożyła się na polepszanie adhezji i spowodowała wzrost twardości zarysowania powłoki PEEK z ok. 130 do 370 [MPa].

3

Mechanical and Tribological Analysis of Monolith and Coating Polyetheretherketone

80%

Otto M. , Zimowski S. , Sikora W. , Moskalewicz T.

Tribologia

|

2019

|

tom nr 4

73--86

PL

W pracy dokonano analizy porównawczej właściwości mikromechanicznych oraz tribologicznych polieteroeteroketonu (PEEK) w postaci monolitycznej i powłoki. Powłoka PEEK 708 została osadzona metodą elektroforezy na płaskim podłożu ze stopu tytanu. Właściwości mikromechaniczne zostały zbadane metodą indentacyjną przy użyciu wgłębnika Vickersa oraz w teście zarysowania. Na podstawie badań wyznaczono twardość Vickersa (HV), moduł sprężystości (E), twardość zarysowania (HS) oraz odporność na mikrouszkodzenia (MMR). Właściwości tribologiczne zdefiniowano poprzez współczynnik tarcia (fs i fw), który wyznaczono zarówno w teście zarysowania oraz podczas tarcia w układzie typu kula–tarcza. Wyniki badań wskazują, że pomimo niedużo większej twardości Vickers’a (HV) powłoki PEEK 708 (HV = 350 MPa, HS = 300 MPa) względem monolitycznego PEEK (HV = 300 MPa, HS = 210 MPa), występuje niemal 40% różnica w ich twardościach zarysowania (HS). Z przeprowadzonej analizy wynika, że metody wyznaczania parametrów mikromechanicznych oraz tribologicznych stosowane dla materiałów monolitycznych PEEK sprawdzają się w badaniach powłok polimerowych PEEK. W określonych warunkach badań nie stwierdzono wpływu materiału podłoża na otrzymane wyniki dla powłoki PEEK 708.

EN

In this work, a comparative analysis of the micromechanical and tribological properties of polyetheretherketone (PEEK) in bulk and coating form was performed. The PEEK 708 coating was applied on a Ti6Al4V titanium alloy flat specimen using the electrophoretic deposition method. The micromechanical properties were determined through indentation tests performed using the Vickers method and scratch tests. Based on research work, the Vickers hardness (HV), elastic modulus (E), scratch hardness (HS), and Micro Mar Resistance (MMR) were determined. The tribological properties were defined by the coefficient of friction (fs and fw), which was obtained in scratch tests and ball-on-disk tests. The results of this research indicate, despite the slightly higher Vickers hardness (HV) of the PEEK 708 coating (HV = 350 MPa, HS = 300 MPa) relative to PEEK bulk (HV = 300 MPa, HS = 210 MPa), that there is an almost 40% difference between the scratch hardness (HS) values of these PEEK forms. It appears from the result analysis in this paper that testing methods to determine the micromechanical and tribological properties of PEEK in monolith form can be used for both PEEK coatings. Under certain test conditions, the impact of the substrate properties on the results of the PEEK 708 coating was not found.

4

The Influence of the Multilayer Structure of Hard Coatings on their Resistance to Micro-Impact Fatigue Wear

80%

Krupa J. , Wiązania G. , Zimowski S. , Kot M.

Tribologia

|

2020

|

tom nr 2

37--45

PL

Pękanie zmęczeniowe cienkich twardych powłok przeciwzużyciowych występuje m.in. w styku tribologicznym ślizgowych węzłów tarcia, w warstwach wierzchnich pokryć narzędzi skrawających, a także w powierzchni elementów poddanych procesom erozyjnym. Zużycie zmęczeniowe powłok inicjowane jest na skutek cyklicznych interakcji z mikronierównościami przeciwelementu lub innymi elementami bądź cząstkami, które wielokrotnie uderzają w powierzchnie. Dobór odpowiednich powłok może zwiększyć trwałość elementów maszyn, które poddane są obciążeniu udarowemu o charakterze zmęczeniowym. W pracy przedstawiono wyniki badań odporności na mikroudarowe zużycie zmęczeniowe elementów pokrytych powłokami pojedynczymi TiN oraz DLC, a także wielowarstwowymi typu (Ti/TiN)×8. Testy zmęczeniowe przeprowadzono metodą mikroudarową poprzez cykliczne uderzanie w powierzchnię powłoki kulą ceramiczną. Eksperymenty wykonano przy zastosowaniu specjalnego stanowiska pomiarowego. Zbadano również występowanie korelacji pomiędzy trwałością zmęczeniową powłok i ich właściwościami mikromechnicznymi takimi jak moduł Younga oraz twardość, które wyznaczono statyczną metodą wciskania wgłębnika. Wyniki badań dowiodły, że wielowarstwowa powłoka (Ti/TiN)×8 wykazuje zużycie 1,4 razy mniejsze od próbki z powłoką TiN oraz blisko 1,2 od tej z powłoką DLC.

5

Adaptive DLC coatings with different MoS2 content

70%

Osada P. , Kot M. , Zimowski S. , Wiązania G. , Lackner J.

Tribologia

|

2023

|

tom nr 4

43--51

EN

DLC coatings are widely used in engineering as they are resistant to abrasive wear. However, they exhibit an increased coefficient of friction at temperatures of around 300°C. Soft MoS2 coatings are known to maintain a low coefficient of friction at temperatures up to about 350°C, but suffer from relatively high abrasive wear. Publications from the last decade report a synergistic improvement in the tribological performance of a coating consisting of both these materials. The aim of this study was to investigate the wear resistance of coatings composed of different a-C and MoS2 contents applied by magnetron sputtering on steel. The results obtained in tribological tests conducted using the ball-and-disk method showed at least 20% better adhesion to the substrate of the two-component nanocomposite coating and its increased wear resistance from 15% to as much as 700%, compared to single-component coatings in tests conducted at 20°C and 250°C. The tests showed no deterioration of the two-component coating's coefficient value compared to DLC.

PL

Powłoki DLC znajdują szerokie zastosowanie w technice, ponieważ są odporne na zużycie ścierne. Jednak wykazują podwyższony współczynnik tarcia w temperaturach rzędu 300°C. Miękkie powłoki MoS2 są znane z utrzymywania niskiego współczynnika tarcia w temperaturach do około 350°C, jednak ulegają relatywnie dużemu zużyciu ściernemu. Publikacje z ostatniej dekady podają synergiczne polepszenie parametrów tribologicznych powłoki składającej się z obu tych materiałów. Celem pracy było badanie odporności na zużycie powłok złożonych z różnej zawartości a-C i MoS2 nanoszonych techniką rozpylania magnetronowego na stali. Wyniki uzyskane w testach tribologicznych prowadzonych metodą kula–tarcza wykazały co najmniej 20% lepszą przyczepność do podłoża dwuskładnikowej powłoki nanokompozytowej oraz jej zwiększoną trwałość na zużycie ścierne od 15% do nawet 700%, porównując z jednoskładnikowymi warstwami w badaniach prowadzonych w temperaturze 20°C i 250°C. Badania nie wykazały pogorszenia wartości współczynnika powłoki dwuskładnikowej w porównaniu do DLC.

6

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

61%

Kot M. , Lackner J. , Major Ł. , Szczęch M. , Wiązania G. , Zimowski S.

Tribologia

|

2019

|

tom 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.