Mikrostruktura i właściwości tribologiczne nanokrystaliczno-amorficznej powłoki nc-WC/a-C na podłożu stopu Ti-6Al-4V

W celu poprawy właściwości tribologicznych stopu Ti-6Al-4V wytworzono nanokrystaliczno-amorficzną powłokę nc-WC/a-C metodą rozpylania magnetronowego. Warstwę wierzchnią podłoża przed osadzeniem powłoki dodatkowo utwardzono atomami tlenu w plazmie wyładowania jarzeniowego. Twardość tej warstwy wzrosła od 3,4 do 10,6 GPa. Prowadzono charakterystykę mikrostruktury wytworzonej powłoki i podłoża po obróbce powierzchniowej metodami skaningowej i transmisyjnej mikroskopii elektronowej oraz rentgenowskiej analizy dyfrakcyjnej. Grubość powłoki nc-WC/a-C wynosi 1,8 μm, natomiast twardość ok. 14 GPa. Zbudowana jest z nanokrystalicznych węglików W2C, W3C i β-WC1 - x o średnicy 2÷5 nm osadzonych w amorficznej osnowie węgla. Pomiędzy powłoką i podłożem stwierdzono obecność warstwy przejściowej o grubości 160 nm. Wykazano, że zastosowana obróbka powierzchniowa wpływa na zmniejszenie współczynnika tarcia w styku suchym od 0,4÷0,5 (stop Ti-6Al-4V) do ok. 0,1 (po obróbce powierzchniowej) oraz na poprawę odporności na zużycie w warunkach tarcia.

---

A nanocrystalline-amorphous nc-WC/a-C coating was deposited on the Ti-6Al-4V alloy by magnetron sputtering in order to increase its tribological properties. Before coating deposition, the alloy was additionally oxygen hardened in the presence of plasma glow discharge. This treatment essentially increases the microhardness of the alloy just below the surface (from 3.4 GPa to 10.6 GPa). A nano/microstructure of the substrate material and coating was examined by scanning and transmission electron microscopy complemented by X-ray diffractometry. The coating thickness was 1.8 μm. The results of nano/ microstructural analyses showed that the coating is composed of different nanocrystals of tungsten carbides W2C, W3C and β-WC1 - x (size in the range of 2÷5 nm) embedded in an amorphous matrix. The coating hardness was measured to be about 14 GPa. The nc-WC/a-C coating decreases the friction coefficient from 0.4÷0.5 for the uncoated alloy to about 0.1 for the coated one as well as essentially improves the alloy wear resistance.