Wyniki wyszukiwania - Biblioteka Nauki

1

Analysis of fatigue strength of multi-layer coatings type Cr/CrN/(CrN-Me1Me2N)multinano/(Me1Me2N-VN)multinano

100%

Smolik J. , Mazurkiewicz A. , Bujak J. , Paćko D. , Rogal Ł.

Journal of Machine Construction and Maintenance - Problemy Eksploatacji

|

2019

|

tom no. 3

31--38

EN

The article presents the results of tests of resistance to mechanical fatigue of multilayer coatings type Cr/CrN/(CrN-Me1Me2N)multinano/(Me1Me2N-VN)multinano, where metals Me1 and Me2 were chosen from Al, Cr, Ti, Zr, and Si. Multilayer coatings designed for the research were generated by the Arc Evaporation method. On the basis of the results of hardness and adhesion tests, calculations of the fatigue strength of the multilayer coatings were carried out. The obtained results showed that the chemical composition of individual component layers in the multilayer coating can be decisive in the process of creating a microstructure resistant to the fatigue cracking process.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań odporności na zmęczenie mechaniczne powłok wielowarstwowych typu Cr/CrN/(CrN-Me1Me2N)multinano/(Me1Me2N-VN)multinano, gdzie metale Me1 ,Me2 dobierano spośród Al, Cr, Ti, Zr, Si. Powłoki wielowarstwowe przeznaczone do badań wytworzono metodą Arc Evaporation. Na podstawie wyników badań twardości i adhezji przeprowadzono obliczenia wytrzymałości zmęczeniowej badanych powłok wielowarstwowych. Badania wykazały, że skład chemiczny poszczególnych warstw składowych w powłoce wielowarstwowej może mieć decydujące znaczenie w procesie tworzenia się mikrostruktury odpornej na proces pękania zmęczeniowego.

2

Pareto Optimal Multi-Objective Optimization of Antiwear Tialn/Tin/Cr Coatings

100%

Szparaga Ł. , Ratajski J.

Advances in Materials Science

|

2014

|

tom Vol. 14, nr 1(39)

5--13

EN

The multi-objective optimization procedure of geometry of TiAlN/TiN/Cr multilayer coatings was created. The procedure was applied to the multilayer coatings subjected to constant tangential and normal loads (Hertzian contact). In physical model Cr, TiN and TiAlN layers were treated as a continuous medium, thus in mathematical description of the stress and strain states in the coatings a classical theory of stiffness was used. Decisional variables used in procedure were thicknesses of Cr, TiN and TiAlN layers and decisional criteria were functions of the stress and strain fields in the coating and substrate. Using created optimization procedure, Pareto set of optimal values of layers' thicknesses were determined. Additionally, two methods of analysis of Pareto-optimal set were introduced and discussed.

3

A study on erosive wear resistance of different multilayer coatings types Cr/CrN/(CrN-Me1Me2N)multinano/(Me1Me2N-VN)multinano

100%

Sowa S. , Paćko D. , Mazurkiewicz A. , Kacprzyńska-Gołacka J. , Smolik J.

Journal of Machine Construction and Maintenance - Problemy Eksploatacji

|

2019

|

tom no. 4

17--22

EN

In the article, the authors present the results of erosion tests of five different material solutions of surface engineering, i.e. multilayer coatings type Cr/CrN/(CrN-Me1Me2N)multinano/(Me1Me2N-VN)multinano, where metals Me1 and Me2 were chosen from Al, Cr, Ti, Zr and Si. Multilayer coatings used for testing were deposited by the Arc Evaporation method. The research methods presented in the article focused on the analysis of surface topography of the multilayer coatings after erosion test. The erosive wear resistance of tested coatings was carried out by the modern research equipment designed and produced by Łukasiewicz Research Network- Institute for Sustainable Technologies in Radom. The erosive craters were analysed by using the interference microscope Talysurf CCI by Taylor Hobson. The chemical composition of the craters were analysed by using a Scanning Electron Microscope - SEM (Hitachi TM3000).

PL

W artykule autorzy zaprezentowali wyniki badań odporności na zużycie erozyjne dla pięciu różnych rozwiązań materiałowych typu powłoka wielowarstwowa Cr/CrN/(CrN-Me1Me2N)multinano/(Me1Me2N-VN)multinano, gdzie metale Me1 i Me2 wybrano spośród Al, Cr, Ti, Zr i Si. Powłoki wielowarstwowe wykorzystane do badań wykonano metodą Arc Evaporation. Metody badawcze przedstawione w artykule koncentrowały się na analizie topografii powierzchni powłok wielowarstwowych po testach erozyjnych. Badanie odporności na zużycie erozyjne wykonano przy zastosowaniu nowoczesnego urządzenia do badania erozji zaprojektowanego przez Sieć Badawczą Łukasiewicz - Instytut Technologii Eksploatacji w Radomiu. Kratery erozyjne zbadano przy zastosowaniu mikroskopu interferometrycznego Talysurf CCI firmy Taylor Hobson. Skład chemiczny powstałych kraterów zbadano przy zastosowaniu Skaningowego Mikroskopu Elektronowego - SEM (Hitachi TM3000).

4

Właściwości powłok wielowarstwowych o różnej grubości warstw Ti/TiN

75%

Kot M. , Rakowski W. , Morgiel J. , Major Ł.

|

tom nr 3

59-68

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań strukturalnych (TEM) oraz pomiaru mikrotwardości i adhezji do podłoża metodą zarysowania wielowarstwowych powłok Ti/TiN wytworzonych metodą ablacji laserowej (PLD – Pulsed Laser Deposition). Badano powłoki Ti/TiN o okresie multiwarstwy z zakresu 32–500 nm, o równych grubościach podwarstw oraz o różnym stosunku grubości TiN do Ti. Analizowano wpływ liczby granic rozdziału na właściwości mikromechaniczne multiwarstwy. Wyniki badań wskazują na silną zależność twardości od liczby granic rozdziału. Zmniejszanie okresu powłoki wielowarstwowej Ti/TiN z 500 do 62 nm powoduje jej utwardzenie. Natomiast dla okresu 31 nm obserwowano drastyczny spadek twardości i odporności na zarysowanie. Dalsze utwardzenie multiwarstw można uzyskać zwiększając udział fazy ceramicznej w powłoce wielowarstwowej. Twardość powłoki 8xTi/TiN o stosunku grubości 4:1-TiN/Ti jest równa twardości pojedynczej powłoki TiN, natomiast obciążenie krytyczne jest ponad 2-krotnie wyższe.

EN

Ceramic/metal multilayers with a nanometer thickness of layers are a new type of material for tribological applications. A stack of hard ceramic and tough metallic layers give coatings with higher hardness, adhesion and wear resistance. In the article, micromechanical properties of Ti/TiN multilayers are presented. Multilayers were deposited on 2H7 ferrite steel by the PLD (Pulsed Laser Deposition) technique. The total thickness of multilayers was 1 žm, and the bilayer period varied between 32 nm and 500 nm. Multilayers 8x and 16xTi/TiN with equal thickness of Ti and TiN layers have the best micromechanical properties. For coatings with bilayer thickness 500 to 62 nm, linear rise between hardness and the count of interfaces has been observed. But for 32xTi/TiN, coatings with 16nm thickness of layers, a large deterioration of mechanical properties was measured. The same trend was found for scratch resistance of multilayers. Results give the conclusion that the Ti layer should not be thinner than 25 nm. The next rise of mechanical properties of multilayers could be obtained by changing of TiN to the Ti thickness ratio. 8xTi/TiN multilayers with ratios 1:2 and 1:4 were tested. Hardness of 8xTi/TiN with a 1:4 ratio (27GPa) is equal to the hardness of the ceramic layer TiN; although, there was the introduction of soft metal layers. Scratch resistance of this coating is two times higher than other coatings.

5

The influence of microstructure of Cr/CrN nanomultilayer coatings on their tribological and mechanical properties

75%

Kacprzyńska-Gołacka J. , Wieciński P. , Garbacz H. , Mazurkiewicz A. , Sowa S. , Smolik J.

Journal of Machine Construction and Maintenance - Problemy Eksploatacji

|

2019

|

tom no. 4

9--16

EN

One of the most effective ways of shaping the operating parameters of functional elements is the modification of the surface layer by modern surface engineering technologies. The most perspective directions in the development of surface engineering solutions are multilayer coatings. The appropriate selection of parameters of multi-layered structure such as thickness, chemical composition, microstructure, and the number of component layer in these type coatings enable effective shaping of their properties. However, a characteristic of the mechanical and tribological properties as a function of parameters of a multilayer structure are still unclear in literature. The paper presents the influence of multilayer structure on mechanical and tribological properties of the coatings prepared by arc vacuum technics. The analysis of mechanical properties included hardness, Young’s modulus, and adhesion tests. The analysis of microstructure was performed using Scanning Transmission Electron Microscopy (STEM). The tribological properties were examined using the pin-on-disc produced by the DUCOM Company. The authors indicated that the multilayer coatings Cr/CrN were characterized by good mechanical and tribological properties. In this paper, the authors confirmed that parameters of the process of the multilayer creation are important in shaping the unique tribological properties of the multilayer coatings.

PL

Jednym z najbardziej efektywnych sposobów kształtowania właściwości eksploatacyjnych elementów użytkowych jest modyfikowanie warstwy wierzchniej poprzez zastosowanie nowoczesnych technologii inżynierii powierzchni. Głównym kierunkiem rozwoju rozwiązań inżynierii powierzchni stały się w ostatnich latach między innymi powłoki wielowarstwowe. Stwarzają one bardzo duże możliwość w zakresie kształtowania ich właściwości poprzez odpowiedni dobór struktury wielowarstwowej, w tym: grubość, ilość, mikrostruktura oraz skład chemiczny warstw składowych. Nadal jednak charakterystyka ich właściwości mechanicznych oraz trybologicznych w funkcji parametrów ich wielowarstwowej konfiguracji pozostaje niejasna w dostępnej literaturze. W artykule przedstawiono wpływ parametrów budowy wielowarstwowej powłok Cr/CrN wytwarzanych metodą łukowo-próżniową na ich właściwości mechaniczne oraz tribologiczne. Analiza właściwości mechanicznych obejmowała badania twardości, modułu Younga oraz badania adhezji metodą zarysowania. Analizę mikrostruktury przeprowadzono z wykorzystaniem skaningowej mikroskopii transmisyjnej (STEM). Badania właściwości tribologicznych zostały przeprowadzone w temperaturze pokojowej z wykorzystaniem testera tribologicznego firmy DUCOM typu pin-on-disc. Autorzy wskazują, iż powłoki nanowielowarstowe Cr/CrN charakteryzują się dobrymi właściwościami mechanicznymi oraz dobrymi właściwościami tribologicznymi. W artykule autorzy potwierdzili wpływ parametrów budowy wielowarstwowej powłok PVD w procesie kształtowania ich właściwości trybologicznych.

6

Odporność korozyjna powłok galwanicznych na sprzęcie medycznym

75%

Sołek D. , Hajduga M. , Węgrzynkiewicz S. , Chęcmanowski J.

Ochrona przed Korozją

|

2012

|

tom nr 5

237-241

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań odporności korozyjnej powierzchni stali DC01, modyfikowanej wielowarstwowymipowłokami metalicznymi, w ośrodku korozyjnym jaki stanowiły płyny ustrojowe - sztuczna ślina i sztuczna krew - SBF. Materiał wyjściowy poddano standardowemu procesowi przygotowania podłoża przed nałożeniem powłok. Metodą elektrolizy otrzymano wielowarstwowe powłoki ochronne typu nikiel-nikiel-chrom, nikiel-chrom, nikiel-miedź oraz miedź, na stali DC01 stosowanej w konstrukcjach sprzętu medycznego. Badania obejmowały analizę składu chemicznego stali, pomiar twardości podłoża. Określono charakter warstwy wierzchniej modyfikowanej i niemodyfikowanej. Wykonano badania metalograficzne mikroskopowe, mikroanalizę rentgenowską oraz wyznaczono odporność korozyjną poszczególnych powłok. Modyfikacja powierzchni powłokami metalicznymi sprawiła, że wyznaczone gęstości prądów korozyjnych badanych próbek wskazują na korelację między wartością Rp (opór polaryzacyjny), a ikor (gęstość prądu korozyjnego). Stwierdzono, że modyfikacja powierzchni stali DC01 powłoką ochronną nikiel-nikiel-chrom odznacza się najlepszymi właściwościami antykorozyjnymi w warunkach wzmożonej korozji jaką stanowił roztwór sztucznej śliny. Natomiast w roztworze sztucznej krwi najwolniej koroduje powłoka nikiel-miedź.

EN

In this paper, findings of the corrosion resistance of DC01 steel surface are described. The steel surface was modified with multilayer metallic coatings. Tests were conducted in corrosive medium - body fluids - artificial saliva and artificial blood - SBF. Material was subject to the standard process of the surface preparation before coatings putting. Applying the electrolysis method the multilayer protective layers of the following type were put on DC01 steel used in constructions of medical equipment: nickelnickel- chromium, nickel-chromium, nickel-copper and copper. Examinations included analysis of chemical composition of steel and hardness measurement of base. The structure of outer modified and non - modified layer was determined. Also microscopic metallographic observations, X-ray microanalysis were executed as well as corrosion resistance of particular coatings was determined. The surface modification with metallic coatings caused that the measured densities of corrosive currents of inspected samples evidence the correlation between the Rp value (polarizing resistance) and ikor (density of corrosive current). It was stated that the modification of DC01 steel surface with protective coating nickel-nickel-chromium shows the best anticorrosive properties in intensified corrosion conditions of artificial saliva, whereas in artificial blood the best results gave nickel-copper coating.

7

The Innovative Directions In Development And Implementations Of Hybrid Technologies In Surface Engineering

75%

Mazurkiewicz A. , Smolik J.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

tom Vol. 60, iss. 3

2161--2172

EN

The dynamics of the development of modern technology depends, to a great extent, on the possibilities of producing the innovative materials with high functionality parameters, which could be used in modern, highly advanced technological processes. Surface engineering plays a very important role in this area. This is mainly due to the fact that, for many structural materials, the possibilities of classical formation of their properties (e.g., by heat treatment or the selection of the microstructure, chemical and phase composition) have been practically used up. The material and technological achievements in the surface engineering area allow the modification of the properties of the surface layer of tool and machine components. As a result, they may be better suited to work in increasingly difficult and more demanding conditions. The hybrid technologies, combining several different methods of surface treatment in one complex technological process, are the most advanced solutions compared to already known surface engineering methods. In the article, the authors present the possibilities of shaping the functional properties of the surface layer. The authors describe problems associated with the development of the hybrid technology and provide the examples of physical modelling, design, technological development, and the practical application of a hybrid technology. In this work, the authors also identify the areas whose development is needed for more effective transfer of surface engineering innovations to business applications.

PL

Dynamika rozwoju nowoczesnych technologii, zależy w dużej mierze od możliwości produkcji innowacyjnych materiałów o wysokich parametrach funkcjonalnych, które mogą być stosowane w nowoczesnych, zaawansowanych procesach technologicznych. Inżynieria powierzchni odgrywa bardzo ważną rolę w tej dziedzinie. Wynika to głównie z faktu, że dla wielu materiałów strukturalnych, konwencjonalne możliwości formowania właściwości, na przykład poprzez obróbkę cieplną lub dobór mikrostruktury, składu chemicznego i fazowego, są praktycznie całkowicie wykorzystane. Materiałowe i technologiczne osiągnięcia w dziedzinie inżynierii powierzchni pozwalają na modyfikacja właściwości warstwy wierzchniej elementów narzędzi i urządzeń. W rezultacie takie materiały mogą być lepiej dostosowane do pracy w coraz trudniejszych i bardziej wymagających warunkach. Technologie hybrydowe, łączące kilka różnych metod obróbki powierzchni w jednym złożonym procesie technologicznym, należą do najbardziej zaawansowanych rozwiązań w porównaniu do znanych już metod inżynierii powierzchni. W artykule autorzy przedstawiają możliwości kształtowania funkcjonalnych właściwości warstwy wierzchniej. Opisują problemy związane z rozwojem technologii hybrydowej oraz dają przykłady modelowania fizycznego w projektowaniu materiałów, rozwoju technologicznego oraz praktycznego zastosowania technologii hybrydowej. Autorzy identyfikują również obszary, których rozwój jest potrzebny dla bardziej efektywnego transferu innowacji inżynierii powierzchni do zastosowań biznesowych.

8

Tailoring of multilayer structure to tribological conditions

75%

Major Ł. , Lackner J. M. , Major B.

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

tom Vol. 34, nr 6

741--744

EN

The wear mechanisms of Ti/TiN and (TiN/Ti/a-C:H) multilayer coatings was investigated. Coatings were deposited on austenitic stainless steel (316L) using the hybrid PLD (Pulsed Laser Deposition + magnetron sputtering) equipped with high purity titanium target (99.9% at. Ti) and carbon target. Microstructure was analyzed on thin foils prepared using the FEI Dual BeamTM FIB system equipped with an Omniprobe lift-out technique. Foils were cut perpendicularly both to coating surface and wear path. The microstructure observations were performed using TECNAI F20 SuperTWIN (200kV) transmission electron microscope. The wear mechanism of the multilayer coating was realized through brittle cracking of ceramic layers and plastic deformation of metallic ones. Tailoring of layer thickness and modulation was performed to tribological conditions. Switching from mono- to multilayered coatings allows changing the mechanism of wear from throughcoating cracking to more gradual layer-by-layer coating removal. Design and fabrication of Ti/TiN and (TiN/Ti/a-C:H) multilayer coatings revealing an improved behaviour in service systems subjected to wearing.

PL

Analizowano mechanizm tribologicznego zużycia wielowarstwowych powłok na bazie tytanu i węgla typu Ti/TiN oraz (TiN/Ti/a-C:H). Powłoki osadzono na stali austenitycznej 316L z wykorzystaniem metody hybrydowej PLD (osadzanie laserem impulsowym + osadzanie magnetronowe). Do osadzania wykorzystano tarcze z tytanu wysokiej czystości (99,9%) oraz tarcze węglowe (grafit). Mikrostrukturę analizowano na cienkich foliach uzyskanych za pomocą systemu FEI Dual BeamTM FIB z techniką Omniprobe lift-out, Obserwacje mikrostruktury przeprowadzono, wykorzystując transmisyjny mikroskop elektronowy TECNAI F20 SuperTWIN (200kV). Mechanizm zużycia powłok wielowarstwowych był realizowany przez kruche pękanie warstw ceramicznych i plastyczne odkształcenie metalicznych. Dostosowanie grubości warstw i ich modulacji prowadzono w aspekcie zużycia tribologicznego. Przejście z powłok mono- do wielowarstwowych prowadziło do zmiany mechanizmu zużycia z realizowanego na drodze pękania przez powłokę do stopniowego usuwania warstw jedna po drugiej. Zaprojektowanie i wykonanie wielowarstwowych powłok typu Ti/TiN oraz (TiN/Ti/a-C:H) doprowadziło do poprawy właściwości sytemu poddanego zużyciu tribologicznemu.

9

The Wear Mechanisms Description Of Multilayer Coatings, Performed By Transmission Electron Microscopy – An Overview Of The Own Research Work

75%

Major Ł.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

tom Vol. 60, iss. 3

2319--2326

EN

The aim of the presented paper was to describe the wear mechanisms operating at the small length scale in multilayer coatings subjected to a mechanical testing. A hybrid PLD system (Pulsed Laser Deposition connected with magnetron sputtering) was used for the multi-layer coating deposition. Coatings were subjected to indentation, ball-on disc wear and scratch adhesion tests. Microstructure of the as-deposited coating and after mechanical tests was studied using the Scanning (SEM) and the Transmission (TEM) Electron Microscopes. The research work revealed that application of innovative multilayer coatings may allow to predict their life time and to steer their properties.

PL

Celem pracy było określenie mechanizmów zużycia wielowarstwowych powłok tribologicznych, poddanych testom mechanicznym na zużycie. Powłoki wytwarzane przy zastosowaniu hybrydowego układu PLD (technika laserowej ablacji połączona z rozpylaniem magnetronowym) poddane zostały mechanicznym testom na zużycie (indentacja oraz test kula-tarcza), a także testowi przylegania powłoki do podłoża (test zarysowania). Charakterystykę mikrostruktury powłok przed i po testach mechanicznych przeprowadzono za pomocą skaningowej (SEM) oraz transmisyjnej (TEM) mikroskopii elektronowej. Badania wykazały, że poprzez stosowanie innowacyjnych powłok wielowarstwowych można przewidzieć czas ich eksploatacji oraz dają możliwość sterowania właściwościami.

10

Hybrid surface treatment technology for increase of hot forging dies

75%

Smolik J. A.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2012

|

tom Vol. 57, iss. 3

657-664

EN

Hot working dies are influenced by three main factors causing their destruction: the cyclically changeable mechanical loads, intensive thermal shocks, as well as intensive friction, and erosion. Modification of surface properties with the use of hybrid plasma methods seems to be an effective way of improving its durability. The best known and widely used surface treatment hybrid technology is a combination of the nitriding process with the deposition of hard antiwear coatings by means of PVD methods. The designed composite layer "nitrided layer / Cr-CrN" was obtained with the use of the hybrid technology, which consist of ion nitriding followed by arc-evaporation coating deposition. The maintenance testing was performed on the forging dies employed for production of various parts in the automotive industry. The best durability was obtained for the dies used for the forging of rolling bearing tracks. In comparison with the durability of the dies subjected solely to the gas nitriding, nearly an increase of 600% in the durability was noticed.

PL

W procesie obróbki plastycznej na gorąco matryce kuźnicze narażone są na działanie trzech głównych czynników niszczących: cyklicznie zmiennych obciążeń mechanicznych, intensywnych szoków cieplnych oraz intensywnego tarcia i erozji. Jednym z najbardziej efektywnych sposobów zwiększania trwałości matryc kuźniczych jest modyfikowanie właściwości warstwy wierzchniej matryc hybrydowymi technologiami obróbki powierzchniowej. Najbardziej znana i jednocześnie najbardziej rozpowszechniona technologia hybrydowa jest połączenie procesu azotowania z osadzaniem twardych powłok o charakterze przeciwzużyciowym metodami PVD. Wybrana do badan warstwa hybrydowa typu "warstwa azotowana/powłoka Cr-CrN" została otrzymana z wykorzystaniem technologii hybrydowej będącej polaczeniem procesu azotowania jarzeniowego oraz nakładania powłok metoda odparowania łukowego. Testy eksploatacyjne zostały przeprowadzone z wykorzystaniem matryc kuźniczych wykorzystywanych w produkcji różnych elementów dla przemysłu samochodowego. Najlepsza trwałość uzyskano dla matryc wykorzystywanych w procesie kucia bieżni łożysk tocznych. Opracowana hybrydowa technologia obróbki powierzchniowej umożliwiła uzyskanie blisko 6 krotnego wzrostu trwałości matryc kuźniczych, w porównaniu z trwałością matryc standardowych poddawanych jedynie procesowi azotowania.

11

Wybrane zagadnienia dotyczące narzędzi stosowanych do frezowania walcowo-czołowego. Cz. 3

75%

Czechowski K. , Wronska I. , Toboła D.

Stal, Metale & Nowe Technologie

|

2019

|

tom nr 5-6

62--68

PL

W artykule omówiono wybrane zagadnienia dotyczące zwiększania produktywności frezowania walcowo-czołowego m.in. poprzez stosowanie powłok wielowarstwowych.

EN

Selected issues related to increasing the productivity of end milling tools, among others through the use of multilayer coatings, are discussed.

12

Laser modification of the materials surface layer - a review paper

63%

Kusiński J. , Kac S. , Kopia A. , Radziszewska A. , Rozmus-Górnikowska M. , Major B. , Major L. , Marczak J. , Lisiecki A.

|

2012

|

tom Vol. 60, nr 4

711-728

EN

The state of laser processing in surface materials modification in Poland is reported, based on own experience, coworkers and coauthors results, as well the literature review. The curriculum concerning historical development of lasers and laser technology in Poland, laser-matter interaction, as well basis of different laser techniques applied in materials surface engineering (solid state hardening, melting, alloying, cladding, ablation, shot peening, cleaning and texturing) are reviewed, and compared with results of coauthors, as well with a wide range of Polish authors papers. Finally, it is concluded that overall state of research on laser application in surface engineering in Poland is well developed and still growing industrial application is observed.

13

Obserwacje zużycia powłok wielowarstwowych Ti/TiN w teście ball-on-disc

63%

Major Ł. , Morgiel J. , Kot M. , Rakowski W.

|

tom nr 3

115-123

PL

Przedmiotem badań były procesy zużycia monowarstwowych powłok TiN oraz wielowarstwowych Ti/TiN po teście ball-on-disc nałożonych na podłoża stalowe. Powłoki wytworzone zostały techniką laserowej ablacji aktywowanej magnetronowo. Zużycie badano w testach kula Al2O3/tarcza przy obciążeniu 0,25N i 1N odpowiednio po 10000 i 2000 cykli. Obserwacje miejsc wytarcia przeprowadzono na przekrojach poprzecznych z wykorzystaniem transmisyjnej mikroskopii elektronowej (Tecnai G2 200 kV FEG). Do prowadzenia obserwacji wykorzystano techniki wysokorozdzielczej mikroskopii, jak również analizy składu chemicznego EDS. Cienkie folie do analizy TEM zostały wykonane techniką zogniskowanej wiązki jonów galu (Ga+), tzw. techniką FIB. Badania wykazały, że powłoki TiN w stanie po nałożeniu charakteryzowała silnie zdefektowana mikrostruktura kolumnowa oraz występowanie mikropęknięć wzdłuż granic międzyziarnowych. Obserwacje wczesnych stadiów zużycia, gdzie test na zużycie przeprowadzany był pod obciążeniem 0.25N, wykazały, że mikropęknięcia na granicach międzyziarnowych zwiększyły się, jak również powstały nowe, przecinające pojedyncze kolumny. Zużycie dokonywało się poprzez wykruszanie drobnych fragmentów pojedynczych ziarn. Pod większym obciążeniem (1N) następowała fragmentaryzacja powłoki. Jej kawałki wielkości kilku mikrometrów przesuwały się powodując powstanie uskoków na powierzchni powłoki i odpowiadające im odkształcenia podłoża. Wysokorozdzielcza mikroskopia transmisyjna wykazała, że pęknięcia ziarn przebiegały głównie wzdłuż płaszczyzn krystalograficznych typu {111} TiN. W przypadku powłok wielowarstwowych pod wpływem obciążenia dochodziło najpierw do pękania warstw ceramicznych, natomiast warstwy metaliczne ulegały odkształceniu plastycznemu. Pęknięcia te ponownie otwierają się w kolejnej warstwie ceramicznej (pod metaliczną), jednak ich wielkość jest już znacznie mniejsza. Zużycie monowarstwowych powłok ceramicznych następuje głównie w sposób katastroficzny, tj. poprzez gwałtowną delaminację dużych obszarów powłoki. Powłoki wielowarstwowe, poprzez zastosowanie naprzemianległych warstw ceramika/metal zużywają się równomiernie, tj. warstwa po warstwie.

EN

The wear mechanisms of single- layered TiN coatings as well as multilayered Ti/TiN coatings (Λ =250nm) were investigated with ball-on-disc test. The coatings were obtained by the hybrid pulsed laser deposition (PLD) technique. The wear test was done using Al2O3 ball-on-disc test at 0.25 and 1N after 10000 and 2000 cycles, respectively. Thin foils for TEM observations were cut from the wear track using Quanta 200 3D FIB (Focus Ion Beam) equipped with an Omniprobe lift-up system. The microstructure investigations were performed with the TECNAI G2 SuperTWIN FEG (200kV) transmission electron microscope. Observations exhibited that the deposited TiN single layered coating was characterized by strongly defected columnar microstructure and the presence of micro-cracks along grain boundaries. Early stages of the wear process, where test was performed under 0.25N, showed that the micro-cracks at grain boundaries were much more pronounced and new ones additionally appeared cutting individual grains. The wear track formation starts with the removal of small pieces of individual grains leaving a "broken tooth" like line. The higher load (1N) resulted in activation of side slips along the existing cracks causing steps at the surface and corresponding dent in the substrate. Under the same loading in the central part of wear track, the TiN coating was fractured to a few micron size pieces, which were half way pushed into the steel substrate. The HRTEM observations of coating confirmed that the cracks formed during deposition were located at the column of crystallites boundaries, while wear caused the formation of intercrystalline cracks along {111} planes as well. In the case of multilayer coatings under the applied load, ceramic (TiN) layers were cracked while metallic layers deformed plastically. The vertical cracks in TiN were indeed stopped at the TiN/Ti interfaces, but reopen in TiN layers lying below. In applied wear conditions, the continuity of Ti layers prevails over cracking of the TiN layers and resulted in layer-by-layer wear of investigated multilayer coating.

14

Analiza wpływu grubości warstw składowych na deformacje i pękanie powłok wielowarstwowych Ti/TiN

63%

Kot M. , Major Ł. , Lackner J. , Rakowski W.

Tribologia

|

2010

|

tom nr 4

181-189

PL

W artykule analizowano wpływ wielowarstwowej budowy powłok typu ceramika/metal na zwiększenie ich odporności na pękanie i ograniczenie zużycia. Analizowano deformacje i pękanie takich powłok w oparciu o wyniki badań indentacyjnych i tribologicznych. Badano powłoki 8xTi/TiN o różnych stosunkach grubości warstw składowych Ti i TiN, nałożone na stalowe podłoża metodą PLD. Mechanizm deformacji takich powłok polegał na uplastycznianiu warstw Ti i pękaniu warstw TiN, co obserwowano z użyciem mikroskopii transmisyjnej. Analizowano możliwość propagacji pęknięć w kolejnych warstwach składowych ceramicznych i metalowych na skutek powtarzającego się obciążenia przy teście tribologicznym w styku kula–tarcza.

EN

Ceramic/metal multilayers with a nanometer thickness of layers are new kinds of materials for tribological applications. A stack of hard ceramic and tough metallic layers give coatings with higher hardness, adhesion and wear resistance. In this article, micromechanical properties of Ti/TiN multilayers with different thickness ratios of ceramic to metallic sublayers are presented. Multilayers were deposited on 2H17 ferrite steel by the PLD (Pulsed Laser Deposition) technique. The deformation mechanism based on subsequent fracture of TiN sublayers and followed plastic deformation of Ti around crack were found using TEM examination of thin foils from spherical indents. Tribological tests show the highest wear resistance of 8xTi/TiN multilayer with 1:2 thickness ratio of Ti:TiN (42:83 nm). Slightly lower wear resistance of 8xTi/TiN 1:4 (25:100 nm) is a result of possible crack propagation through the metallic sublayer and the loss of its ability to deflect and terminate cracks. The thinner metallic sublayers, the easier is crack propagation through the coating, but excessively thick Ti sublayers lead to lower hardness and wear resistance. Optimum properties for tested Ti/TiN system could be expected when the metallic sublayer is not thinner than 40nm and metallic to ceramic thickness ratio is 1:2.

15

The effect of metallic inter-layers on multilayer ceramic/metal coatings properties

63%

Major Ł. , Kot M. , Lackner J.

Inżynieria Materiałowa

|

2010

|

tom Vol. 31, nr 3

445-448

EN

Wear resistant multilayer coatings based on Ti/TiN system have been analyzed. It has been suggested different ratio of hard phase to soft one. The influence of different ratio to mechanical and microstructural properties has been investigated. Coatings were produced by pulsed laser deposition technique (PLD). Two different ratios were analyzed: the amount of ceramic phase two and four times higher than metallic ones. The total thickness of coating was constant 1 ~m. Coatings were subjected to mechanical ball-on-disc test and the static one where alumina ball was pushed into the coating. The wear mechanisms and the role of different ratio of phases in multilayer composition has been investigated by transmission electron microscopy technique (TEM). Thin foils for TEM observations were cut across the wear track showing the damaged area in cross-section. They were prepared with a Quanta 200 3D (Focused Ion Beam). The microstructure investigations including high resolution (HREM) observations and local chemical measurements were conducted with TECNAI G2 Super TWIN FEG (200 kV) equipped with integrated EDAX Energy Dispersive Spectroscopy (EDS) system. The investigations indicated that as deposited material presents defected (dislocations) columnar microstructure with occasionally fine cracks in ceramic sublayers at the columnar grain boundaries. It has been found out that the higher amount of ceramic phase at the same total thickness of coating, the better mechanical properties. The decrease of metallic phase resulted in the increase of mechanical properties.

PL

Odporne na zużycie wielowarstwowe powłoki Ti/TiN poddane zostały analizie właściwości mechanicznych i mikrostrukturalnych. Zaproponowano nowe rozwiązanie w układzie wielowarstwowym. Wytworzono powłoki z rożnym udziałem fazy ceramicznej w stosunku do metalicznej. Analizy dotyczyły opisu wpływu rożnego stosunku fazy ceramicznej do metalicznej na właściwości mechaniczne i mikrostrukturalne. Powłoki wytworzone zostały za pomocą techniki ablacji laserowej (PLD). Wytworzono dwa rodzaje powłok wielowarstwowych: z dwukrotnie większym udziałem fazy ceramicznej do metalicznej i z czterokrotnie większym udziałem fazy ceramicznej. Całkowita grubość powłoki pozostawała stała na poziomie 1 ~m. Powłoki poddane zostały mechanicznym testom na zużycie kula-tarcza i statycznemu testowi polegającemu na wciskaniu kulistego penetratora (Al2O3) w powłokę. Mechanizmy zużycia i wpływ rożnego stosunku faz w wielowarstwowych powłokach zostały opisane za pomocą transmisyjnej mikroskopii elektronowej. Cienkie folie do analizy TEM zostały przygotowane z przekroju poprzecznego powłoki. Zostały one wytworzone techniką zogniskowanej wiązki jonów galu (tzw. technika FIB - Focused Ion Beam). Badania mikrostruktury, zawierające analizy wysokorozdzielcze (HREM) i analizy składu chemicznego (EDS), przeprowadzone zostały z zastosowaniem transmisyjnego mikroskopu elektronowego TECNAI G2 Super TWIN FEG (200 kV), wyposażonego w zintegrowany system EDAX do analizy EDS. Przeprowadzone badania wykazały, że powłoki w stanie po nałożeniu charakteryzowały się zdefektowaną (w postaci dyslokacji), kolumnową budową, z okazjonalnie występującymi mikropęknięciami w międzywarstwach ceramicznych. Wykazano, że im większy udział fazy ceramicznej do metalicznej na tej samej grubości powłoki, tym lepsze właściwości mechaniczne. Obniżenie udziału fazy metalicznej skutkuje wzrostem właściwości mechanicznych.

16

Modelowanie stanów naprężeń w powłokach TiAlN/TiN/Cr z warstwami przejściowymi

63%

Szparaga Ł. , Ratajski J.

Inżynieria Materiałowa

|

2012

|

tom Vol. 33, nr 6

622--625

PL

W pracy opisano wpływ zmiany właściwości elastoplastycznych warstwy TiAlN na stany naprężeń w wielowarstwowej powłoce przeciwzużyciowej TiAlN/TiN/Cr, powstające po procesie nanoszenia metodą łukową PVD. W modelu fizycznym powłoki założono ciągłą zmianę parametrów fizykochemicznych pomiędzy warstwami TiAlN/TiN. W tym celu utworzono niesymetryczną i ciągłą funkcję przejścia opisującą zmianę parametrów materiałowych warstw, takich jak moduł Younga, moduł umocnienia, współczynnik Poissona, współczynnik rozszerzalności cieplnej oraz gęstość. Określony został również ilościowy wpływ właściwości plastycznych warstwy TiAlN na stany naprężeń i odkształceń plastycznych w powłoce. Ponadto oceniono wpływ początkowego stanu naprężeń wewnętrznych w warstwie TiAlN na końcowy rozkład naprężeń w powłoce. W obliczeniach numerycznych stanów naprężeń wykorzystano metodę elementów skończonych.

EN

The influence of changes in the elasto-plastic properties of TiAlN layer on the stresses fields in the multilayer coating TiAlN/TiN/Cr, which arise after deposition via Arc-PVD method was described. Independently, in the physical model of the coating, a continuous change of physicochemical parameters between the layers of TiAlN/TiN was assumed. For this purpose, an asymmetric and continuous transitional function describing the change of material’s parameters such as Young’s modulus, tangent modulus, Poisson’s ratio, thermal expansion coefficient and density was created. Moreover the impact of plastic properties of TiAlN layer on stresses and plastic strains in the coating was estimated. What is more the influence of the initial state of internal stresses in the TiAlN layer on the final stresses in the coating was studied. The numerical calculations of the stresses fields were done via the finite element method.

17

Corrosion Resistance Of Electroless Ni-P/Cu/Ni-P Multilayer Coatings

63%

Zhao G. L. , Zou Y. , Hao Y. L. , Zou Z. D.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

tom Vol. 60, iss. 2A

1003--1008

EN

Ni-P/Cu/Ni-P multilayer coatings were prepared by deposition of Cu layer between two Ni–P layers. The Cu layer was deposited by metal displacement reaction between Cu2+ and Fe atoms. Corrosion behavior of single-layer Ni-P coatings, double-layer Ni-P/Cu coatings, and three-layer Ni-P/Cu/Ni-P coatings were investigated by electrochemical tests in 3.5% NaCl solution. The three-layer coatings exhibited more positive Ecorr and decreased Icorr compared with conventional single-layer Ni-P coatings, which indicated an improved corrosion resistance. The polarization curves of the three-layer coatings were characterized by two passive regions. The improved corrosion resistance was not only attributed to the function of the blocked pores of Cu. The Cu interlayer also acted as a sacrificial layer instead of a barrier in the coatings, which altered the corrosion mechanism and further improved the corrosion resistance of the coatings.

PL

Wielowarstwowe powłoki Ni-P/Cu/Ni-P wytworzono metodą osadzania miedzi pomiędzy dwoma warstwami Ni-P. Warstwę Cu otrzymano dzięki reakcji wypierania metalu przez metal (dla miedzi i żelaza). Aby określić właściwości korozyjne jednowarstwowej powłoki Ni-P, dwuwarstwowej Ni-P/Cu oraz trójwarstwowej Ni-P/Cu/Ni-P przeprowadzono pomiary elektrochemiczne w 3,5% roztworze NaCl. Powłoki trójwarstwowe w porównaniu do jednowarstwowych wykazały się większą wartością Ecorr, przy malejącej wartości Icorr. Wskazuje to na poprawę odporności na korozję. Krzywe polaryzacji dla powłok trójwarstwowych charakteryzują się występowaniem dwóch obszarów pasywacji. Poprawa odporności na korozję jest skutkiem nie tylko tzw. zjawiska blokowania porów w miedzi. Powłoka z Cu działała także jako warstwa protektorowa, modyfikując mechanizm korozji i poprawiając odporność korozyjną powłok.

18

Charakterystyka powłok Ti-Si-C formowanych metodą IBAD na stali 316L

63%

Twardowska A.

Inżynieria Materiałowa

|

2010

|

tom Vol. 31, nr 4

1270-1273

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań powłok Ti-Si-C wytworzonych na podłożu stalowym (AISI 316L) metodą dwuwiązkową IBAD. Proces prowadzono w próżni, stosując węglik tytanowo-krzemowy Ti3SiC2 jako substancję rozpylaną (target), bombardowaną wiązką jonów Ar+ o energii 15 keV. Charakterystyki otrzymanych powłok dokonano za pomocą rentgenowskiej analizy dyfrakcyjnej (XRD), konfokalnej dyspersyjnej mikrospektroskopii ramanowskiej, metod mikroskopii elektronowej skaningowej i transmisyjnej (SEM, EDS, TEM). Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono, że zastosowane parametry procesu IBAD pozwoliły uformować jednorodne, ciągłe powłoki o grubości poniżej 0,9 um. Stwierdzono wielofazową budowę powłok składających się z amorficznej osnowy (o stosunku zawartości 70% mas. Si/ 30% mas. Ti) oraz wydzieleń faz: Ti5Si3, Si2Ti oraz Ti6C3,75. Widma ramanowskie zarejestrowane dla uformowanych powłok w trybie wysokiej zdolności rozdzielczej (HR) wskazały na piki opisane funkcją typu Gauss-Lorentza, odpowiadające liczbom falowym 152 cm-1, (159 cm-1), 216 cm-1, (226 cm-1), 278 cm-1, (279 cm-1), 311 cm-1, (301 cm-1), 378 cm-1, (379 cm-1), 608 cm-1, 625 cm-1, 691 cm-1, (675 cm-1), odpowiadającym liczbom falowym rejestrowanym dla Ti3SiC2. Twardość HIT (od 2,7 GPa do 5,3 GPa) oraz zredukowany moduł Younga EIT (160 GPa), wyznaczone zostały metodą Oliver & Pharr'a na podstawie pomiaru nanotwardości pokrytych podłoży.

EN

Ti-Si-C coatings were formed at room temperature on AISI 316L steel substrates by dual beam ion assisted deposition technique from single compound Ti3SiC2 target. Scanning and transmission electron microcopy method were used to examine as-deposited coatings. Their morphology was smooth and dense and their thickness was in the range from 100 nm up to 1 ?m. Raman spectra of coated substrates were collected up with five peaks at 152 cm-1, (159 cm-1), 216 cm-1, (226 cm-1), 278 cm-1, (279 cm-1), 311 cm-1, (301 cm-1), 378 cm-1, (379 cm-1), 608 cm-1, 625 cm-1, 691 cm-1, (675 cm-1), the same positions as for Ti3SiC2 compound target. TEM and HRTEM examinations, accompanied by SAED analyses revealed that deposited films were amorphous. Nanoindentation tests were provided on coated and uncoated substrates and hardness HIT and reduced elastic modulus EIT were calculated using the Oliver & Pharr method.

19

Modelowanie i symulacja numeryczna stanu naprężeń i odkształceń w warstwie wierzchniej noża strugarki do obróbki drewna pokrytego powłoką przeciwzużyciową

63%

Szparaga Ł. , Ratajski J. , Olik R.

Inżynieria Materiałowa

|

2010

|

tom Vol. 31, nr 4

1249-1254

PL

Artykuł poświęcony jest zagadnieniu naprężeń i odkształceń, powstających w trakcie pracy wewnątrz noża pokrytego przeciwzużyciową powłoką wielowarstwową, z uwzględnieniem termicznych naprężeń własnych. Rozważano narzędzie ze stali SW7M pokryte powłoką dwuwarstwową TiN/TiAlN w trakcie quasi statycznej pracy. Pola naprężeń i odkształceń zostały określone na drodze symulacji komputerowych za pomocą metody elementów skończonych (MES). Na podstawie przyjętych założeń, dotyczących modelowanego obiektu, rozważono płaski stan odkształceń i przestrzenny stan naprężeń. Wyniki symulacji zostały przedstawione dla narzędzia o zredukowanych wymiarach, co było możliwe przez odpowiednią modyfikację warunków brzegowych w modelu oraz dobór obszaru zgodności wyników symulacji otrzymanych dla noża o wymiarach rzeczywistych i zredukowanych.

EN

The paper is on stresses and strains fields arising during cutting process inside knife covered with multilayer coating, with thermal internal stresses as initial conditions of the process. The knife was made of HSS and covered with multilayer coating TiN/TiAlN. The cutting process was treated as quasi stationary. Stresses and strains fields were determined using finite element method (FEM) during computer simulations. Accepted assumptions allowed to consider plane fields of strains and three dimensional state of stresses. Numerical results were presented for a knife with reduced dimensions, which was possible because of the modification of the boundary conditions in considered model and selection of the area in witch result obtained for the tool with original dimensions and with reduced ones comply to each other.

20

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

63%

Szparaga Ł. , Ratajski J.

Inżynieria Materiałowa

|

2011

|

tom Vol. 32, nr 4

760-763

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.