مشخصه­ های ساختاری سطح پوشش­ های TiSiCN و TiSiN به روش رسوب فیزیکی بخار قوس کاتدی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی اصفهان

چکیده

کاهش ضریب اصطکاک از اهمیت زیادی در صنایع مختلف برخوردار است. در این پژوهش اثر افزودن الگوی سطح بر سطح نمونه در آزمون‌های اصطکاک و همچنین حجم روانکار بررسی شده است. آزمون‌های مختلفی به کمک دستگاه آزمون پین روی دیسک انجام شده است و عملکرد اصطکاکی سطوح بررسی شده است. از میان روش‌های مختلف الگودهی، الگوی سطح به روش مکانیکی روی سطح دیسک‌ها ایجاد شده است. نتایج نشان می‌دهد که برای دیسک‌های با الگوی سطح نیز تغییرات ضریب اصطکاک با سرعت رفتاری مشابه رفتار نمودار استرایبک دارد. به عبارت دیگر مرز بین رژیم‌های مختلف روانکاری مشخص می‌شود. همچنین ایجاد الگوی سطح می‌تواند باعث کاهش ضریب اصطکاک شود اما این کاهش در بارهای زیاد ملموس‌تر است. همچنین در حالتی که حجم روانکار تامینی کم باشد، افزایش نیرو سبب افزایش سرعت جدایش می‌شود. مقایسه ضریب اصطکاک در حالت‌های مختلف نشان می‌دهد که در سطوح با الگوی سطح بارهای کم، روغن کم عملکرد بهتری دارد.

کلیدواژه‌ها


1. D. M. Mattox, Handbook of Physical Vapor Deposition (PVD) Processing, 1998, New  Mexico: Society of Vacuum Coaters.
2. D. M. Mattox, Handbook of Physical Vapor Deposition (PVD) Processing Second edition, 2010, New Mexico: Elsevier Inc.
3. E. Bemporad, M. Sebastiani, D. Defelicis, V. Mangione, F. Carassiti, Focused ion beam and transmission electron microscopy as a powerful tool to understand localized corrosion phenomena, corrosion review, 29 (2011) 229-239.
4. M. Tkadletz, C. Mitterer, B. Sartory, I. LetofskyPapst, C. Czettl, C.Michotte, The effect of droplets in arc evaporated TiAlTaN hard coatings on the wear behavior, surface & coatings technology, 257 (2014) 95-101.
5. P. Panjan, M. Cekada, M. Panjan, D. Kek-Merl, Growth defects in PVD hard coatings, Vacuum, 84 (2010) 209-214.
6. N. Petkov, T. Bakalova, T. Cholakova, H. Bahchedzhiev, P. Louda, P. Rysanek, M. Kormunda, P. Capkova, P. Kejzlar, Study of surface morphology, structure, mechanical and tribological properties of an AlSiN coating obtained by the cathodic arc deposition method, Superlattices and Microstructures, (2017) 1-12.
7. A. Anders, Macroparticles in Cathodic Arcs: From Fractal Spots to Energetic Condensation, 2008, Springer, Chapter 6.
8. I. Brown, Pulsed Arc Sources, in: R.L. Boxman, P.J. Martin, D.M. Sanders (Eds.), Handbook of Vacuum Arc Science and Technology, 1996, Noyes Publications, 444.
9. M. Sebastiani, M. Piccoli, E. Bemporad, Effect of micro-droplets on the local residual stress field in CAE-PVD thin coatings, Surface & Coatings Technology, 215 (2013) 407-412.
10. G. T. P. Azar, C. Yelkarasi, M. Urgen, The role of droplets on the cavitation erosion damage of TiN coatings produced with cathodic arc physical vapor deposition, Surface & Coatings Technology, 322 (2017) 211-217.
11.       Lin, J., Wei, R., Bitsis, D.C., and Lee, P.M., Development and evaluation of low friction TiSiCN nanocomposite coatings for piston ring applications, Surface and Coatings Technology,  298 (2016) 121-131.
12.       Dobrzański, L., Śliwa, A., Żukowska, L., Mikuła, J., and Gołombek, K., Structure and mechanical properties of PVD coatings for tool materials, Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, 42 (2010) 33-41.
13.       Xie, Z.-w., Wang, L.-p., Wang, X.-f., Huang, L., Yang, L., and Yan, J.-c., Influence of Si content on structure and mechanical properties of TiAlSiN coatings deposited by multi-plasma immersion ion implantation and deposition, Transactions of Nonferrous Metals Society of China,  21 (2011) s476-s482.
14.       Bouzakis, K.-D., Skordaris, G., Gerardis, S., Katirtzoglou, G., Makrimallakis, S., Pappa, M., et al., Ambient and elevated temperature properties of TiN, TiAlN and TiSiN PVD films and their impact on the cutting performance of coated carbide tools, Surface and Coatings Technology, 204 (2009) 1061-1065.
15. صرامی، ن، ابراهیم زاده، ا، اشرفی زاده، ف، "مطالعه فازی پوشش نانوساختار چند لایه نیترید کروم آلومینیوم تولیدشده به روش رسوب فیزیکی بخار "، نشریه علوم و مهندسی سطح، 14(38)(1397)105-93.
16.       Lesage, J., Pertuz, A., Puchi-Cabrera, E., and Chicot, D., A model to determine the surface hardness of thin films from standard micro-indentation tests, Thin Solid Films, 497 (2006) 232-238.
17.       Iost, A., Guillemot, G., Rudermann, Y., and Bigerelle, M., A comparison of models for predicting the true hardness of thin films, Thin Solid Films, 524 (2012) 229-237.
18.       Jönsson, B. and Hogmark, S., Hardness measurements of thin films, Thin solid films, 114 (1984) 257-269.
19.       Chicot, D. and Lesage, J., Absolute hardness of films and coatings, Thin Solid Films, 254 (1995) 123-130.
20. Korsunsky, A., McGurk, M., Bull, S., and Page, T., on the hardness of coated systems, Surface and Coatings Technology, 99 (1998) 171-183.
21. Puchi-Cabrera, E., Berrıos, J., and Teer, D., on the computation of the absolute hardness of thin solid films, Surface and Coatings Technology, 157 (2002) 185-196.
22.   Thangavel, E., Lee, S., Nam, K.-S., Kim, J.-K., and Kim, D.-G., Synthesis and characterization of Ti–Si–C–N nanocomposite coatings prepared by a filtered vacuum arc method, Applied Surface Science, 265 (2013) 60-65.
23. Johnson, L., Rogström, L., Johansson, M., Odén, M., and Hultman, L., Microstructure evolution and age hardening in (Ti, Si)(C, N) thin films deposited by cathodic arc evaporation, Thin Solid Films,  519 (2010) 1397-1403.
24. Wang, Y., Li, J., Dang, C., and Zhu, Y., Influence of carbon contents on the structure and tribocorrosion properties of TiSiCN coatings on Ti6Al4V, Tribology International, 109 (2017) 285-296.
25. Abraham, S., Choi, E.Y., Kang, N., and Kim, K.H., Microstructure and mechanical properties of Ti-Si-CN films synthesized by plasma-enhanced chemical vapor deposition, Surface and Coatings Technology, 202 (2007) 915-919.
26. Xu, H., Nie, X., and Wei, R., Tribological behavior of a TiSiCN coating tested in air and coolant, Surface and Coatings Technology,  201 (2006) 4236-4241.
27. Li, J., Wang, Y., Yao, Y., Wang, Y., and Wang, L., Structure and tribological properties of TiSiCN coating on Ti6Al4V by arc ion plating, Thin Solid Films, 644 (2017) 115-119.
28. Endler, I., Höhn, M., Schmidt, J., Scholz, S., Herrmann, M., and Knaut, M., Ternary and quarternary TiSiN and TiSiCN nanocomposite coatings obtained by Chemical Vapor Deposition, Surface and Coatings Technology, 215 (2013) 133-140.