Characterisation of TiB2 nanocrystalline coating on the Cr-Ni-Mo austenitic steel

Micro/nanostructure of 1.1 um thick TiB2 coating deposited on a model Cr-Ni-Mo austenitic steel by magnetron sputtering was characterised by scanning and transmission electron microscopy as well as by X-ray diffractometry. The 50 nm thick amorphous interlayer was applied for increasing a coating adhesion to the substrate. High-resolution transmission electron microscopy revealed a presence of fine TiB2 nanocrystals with size in the range of 2÷7 nm in the coating. The compressive residual stresses (-396 MPa) were present within the coating, while tensile residual stresses (598 MPa) were present within the substrate. The coating showed much higher hardness than the substrate, 30.3 GPa and 3.7 GPa, respectively. The applied surface processing enhanced alloy wear resistance and decreased its friction of coefficient.

---

Nanokrystaliczną powlokę TiB2 wytworzono na modelowej stali austenitycznej Cr-Ni-Mo metodą rozpylania magnetronowego. Grubość powłoki wynosiła 1,1 um. W celu poprawy przyczepności powłoki do podłoża osadzono amorficzną warstwę przejściową o grubości 50 nm. Badania mikro/nanostruktury powłoki za pomocą skaningowej i transmisyjnej mikroskopii elektronowej oraz dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego wykazały, że powłoka zbudowana jest z fazy TiB2. Metodą wysokorozdzielczej transmisyjnej mikroskopii elektronowej stwierdzono występowanie w powłoce nanokrystalitów TiB2 o średnicy w zakresie 2÷7 nm. W powłoce występowały naprężenia ściskające o wartości -396 MPa, natomiast w podłożu naprężenia rozciągające o wartości 598 MPa. Powłoka charakteryzuje się dużo większą twardością od podłoża, odpowiednio 30,3 GPa i 3,7 GPa. Stwierdzono, że zastosowana obróbka powierzchniowa poprawia odporność stali na zużycie przez tarcie i zmniejsza jej współczynnik tarcia.