Właściwości mechaniczne i tribologiczne wybranych powłok stosowanych w technologii "duplex"

W artykule porównano właściwości mechaniczne i tribologiczne układów "utwardzone podłoże/powłoka", które wytworzono w procesie dwustopniowej obróbki powierzchniowej typu "duplex". Testom poddano trzy typy powłok osadzonych na azotowanej stali 316L i poddanej obróbce cieplnej stali 4H13 metodami: IBAD - powłoka jednowarstwowa Si3N4, magnetronową - powłoki kompozytowe TiN-Si3N4 oraz łukowo-próżniową - powłoki wielowarstwowe typu CrN+(Cr/CrN)x5 i CrN+(TiN/CrN)x5. Przedstawiono wyniki badań twardości i modułu sprężystości metodą wciskania wgłębnika, adhezji powłok do podłoża w teście zarysowania oraz odporności na zużycie przez tarcie w styku kula-tarcza. Powłoki wielowarstwowe na bazie CrN charakteryzują się wysoką odpornością na zużycie tribologiczne oraz dużą twardością (HIT = 26 GPa) i adhezją do podłoża (Lc2 = 27 N). Powłoka TiN-Si3N4 ma dobrą adhezję do podłoża (Lc2 ok. 30 N) i najmniejszy współczynnik tarcia - 0,15. Największą adhezję (Lc > 30 N) wykazuje powłoka Si3N4, którą cechuje również wysoka elastyczność oraz odporność na zużycie. Wyniki badań potwierdzają przydatność metod stosowanych do formowania prezentowanych powłok w technologii duplex.

---

The surface treatments of engineering materials are most often applied to improve mechanical properties, wear, corrosion and heat resistance, load carrying capacity, etc. Nowadays, one of the widely used techniques is duplex method sometimes called as hybrid method, which consist of two treatments in one production line. In this paper have been reported the results of several tests of three types coatings: single coating, multilayer and composite coating, deposited on the glow discharge nitrided austenitic steel 316L (according EN: X5CrNiMo17 13) and heat treatment martensitic steel 4H13 (according EN: X39Cr13). Coatings have been deposited by three methods: IBAD - Si3N4/316L, magnetron sputtering - TiN-Si3N4/316L, arcvacuum - CrN+(Cr/CrN)x5/4H13 and CrN+(TiN/CrN)x5/4H13. The hardness and Young's modulus of surfaces was measured. The results of scratch test and friction/wear test have been presented. The multilayer coatings based on CrN have high hardness (HIT = 26 GPa), good wear resistance and adhesion to substrates (Lc2 = 27 N). However, after a scratch test some of such coatings self-disintegrated, what can be caused by extremely high residual stress. The coating TiN-Si3N4(5)/azot316L has a good adhesion to substrate, lowest coefficient of friction 0,15 which remain stable till coating destruction. Properties of TiN-Si3N4 coatings can be indication that its structure is fine-crystalline or even nanocrystalline. Interesting are Si3N4 coatings fabricated by IBAD on nitrided 316L steel. The results of tests showed very good adhesion to substrate and wear resistance, excellent elasticity and quite good hardness.