的摩擦学行为的研究氮化钛和铬的单层和纳米结构多层薄膜准备使用先进的阴极电弧沉积提高性能的工业工具和组件

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²Prvt表面改性技术。有限公司- Vasai Palghar,印度

*通讯作者:: 他VH:
年代。年代& L。年代Patkar-Varde艺术与科学学院和V。P Varde学院商务和经济学
年代。V, Goregaon (W),印度孟买- 400105
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收到日期:13/07/2016;接受日期:26/07/2016;发表日期:28/07/2016

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文摘

近年来薄膜涂层的过渡金属氮化物已收到相当大的兴趣,因为他们的高硬度和韧性。有大量的表面涂层可用于许多不同的工业应用。锡和CrN将选择防腐涂料由于其硬度高,良好的腐蚀和抗氧化性能,相对轻松,他们将沉积单层和多层涂料使用先进的阴极电弧沉积。这些涂层的成功将取决于涂层的寿命的增加工业工具。这些电影的形式沉积单层和纳米结构多层膜使用预先阴极电弧法生产涂料,可以灵活地修改表面属性根据应用程序的需要。两种类型的涂层结构即CrN-Cr和TiN-CrN捏造的评估。CrN-Cr是软硬层组合而TiNCrN硬和硬涂层组合。这些结构与单层的CrN和锡。调查包括微观硬度、粗糙度测试腐蚀速率测量(稳压器)和磨损系数。涂层厚度测量与Calo-test球坑仪,梅赛德斯测试使用洛氏C仪器,使用SEM研究了涂层的结构。 The XRD analysis was carried out to specify the phase structure. As compare to Hard and Soft layer combination, Hard and Hard layer combination shows improved tribological properties.

关键字

先进的阴极电弧沉积;纳米结构多层膜;软硬层;硬和硬涂层;工业工具。

介绍

最近,CrN涂层的摩擦学的表现已经证明一个好的保护涂层候选人由于其硬度高(1),良好的导热性和化学稳定性(2]。

现在制造技术需要工具提高可靠性,耐用性(3美学外观/装饰应用程序和操作寿命很大程度上取决于其摩擦学和腐蚀性能(4]。这些包括困难和耐磨氮化物涂层的钛和/或Cr在工具和汽车零部件5]。

在目前的研究中,涂料是由先进的阴极电弧沉积(专科)这个过程是一种最合适的由于高沉积速率在增长6]。

实验的细节

材料和样品制备

在当前调查提前阴极弧系统被用来沉积单层和多层涂层对石油硬化不收缩的钢(ohn)和镜面抛光不锈钢(SS 316 - l)优惠券维度50毫米直径(ϕ)和8毫米厚。这些样品是彻底清洗使用超声波浴有有机溶剂脱脂剂去除表面污染。这些优惠券的粗糙度维持在0.024微米。清洁样本存放在锡、CrN单层膜,CrN / Cr多层膜和锡/ CrN双层,锡/ M-CrN超高真空条件下在阿德莱德大学的设备。高纯氮气与99.97%的纯钛和铬目标是沉积期间使用。

各种表征工具,如,卡洛穿,SEM,表面粗糙度是用来评估这些涂层的摩擦学性能。

结果与讨论

表面粗糙度的分析锡、CrN MCrN、锡/ CrN和锡/ MCrN薄膜显示了一个激进的密度以及减少微观粒子的大小。扫描电镜照片(图1和2)显示了相同的明确证据进一步评价Ra值分析(图3和4)。涂层附着力也估计梅赛德斯测试确认衬底之间的连续足够的附着力和薄膜(图5)。

pure-and-applied-physics-SEM-photographs

图1:扫描电镜照片。

图2:扫描电镜照片。

pure-and-applied-physics-Ra-value-analysis

图3:Ra值分析。

图4:Ra值分析。

图5:梅赛德斯测试。

Calo-wear测试(图6)进行了评价涂层厚度以及这些涂层的磨损率的组合。涂有硬床软不锈钢基地(锡、CrN、M-CrN)显示高磨损率比双层系统由不锈钢基地的硬涂层(锡)和其他硬涂层(CrN M-CrN)。MCrN涂层显示更少的磨损率比CrN或锡而锡+ M-CrN显示进一步降低磨损率(图7)。

图6:Calo-wear测试。

图7:Calo-wear测试。

涂层磨损测量是通过钉负载为0.188 N所示表1。

涂层类型	磨损系数
SS + CrN	7.86 X 10^-14年米²/ N
SS + M-CrN	7.02 X 10^-14年米²/ N
SS +锡+ CrN	6.80 X 10^-14年米²/ N
SS +锡+ M-CrN	5.88 X 10^-14年米²/ N

表1:涂层磨损测量是通过钉负载为0.188 N。

这些结果清楚地表明,作为基硬度改善磨损率也会降低。涂层表面粗糙度也有助于降低磨损率。努力涂层结合陶醉改善耐磨性是比较软-硬涂层组合。

在我们先前的研究显示清晰的证据改善耐蚀性的努力和hardsoft涂层系统(图8)。这些结果补充我们现有的分析。

pure-and-applied-physics-Corrosion-resistance-test

图8:耐腐蚀测试。

这些结果有助于理解基地和涂层的磨损机制作为一个组合。在各种工业应用中,基材的选择总是限制因素有有限的可用选项。而是通过选择合适的涂层很容易补偿基础材料的局限性。

多层结构的硬和软涂层结合硬基础导致了是最好的组合。可能是这种差异可能与其他各种涂料很难调整工业零件的表面性质来实现所需的性能水平。

结论

以上结果清楚地表明,基体硬度直接影响涂层性能的CrN和M-CrN涂料。软不锈钢衬底导致更高的磨损率比表面越困难。中间层的锡是用来增加不锈钢基体的硬度。因此,通过调整基质硬度,可以调整系统的有效的磨损率,可用于各自的工业应用。

确认

作者要感谢党卫军和L.S. Patkar-Varde学院(Goregaon),孟买大学UGC, DST的金融支持和表面改性技术经纪公司——Vasai领主,呈现实验设施目前工作。

引用

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冯C, et al。钛的摩擦学的行为,获得Chromium-Nitride-Based物理气相沉积涂层系统。燃气轮机工程和权力。2012;134:112504。
Ratajski J, et al .硬涂层对木工工具——审查。成就的材料和制造工程》杂志上。2009;37。
Kusinski J,等。调查演习覆盖着一生的抗磨Cr (C, N)复杂的涂料,通过Arc-PVD沉积技术。成就的材料和制造工程》杂志上。2009;33。
Cova CF,等。多层涂料基于CrN / Cr的塑料模具。La Metallurgia Italiana - n。2014; 6。
约翰。高厚膜增长速度。安。启板牙。Sci。1977; 7:239 - 260。