Wyniki 1-8 spośród 8 dla zapytania: authorDesc:"Sebastian Fryska"

Morfologia powłok z fazy S osadzanych metodą reaktywnego rozpylania magnetronowego

Czytaj za darmo! »

Chromowo-niklowa stal austenityczna należy do grupy najważniejszych materiałów konstrukcyjnych. Wykonuje się z niej szeroką gamę produktów począwszy od przedmiotów codziennego użytku po zaawansowane elementy w technologiach kosmicznych. Podstawą zaletą tej grupy stali jest bardzo dobra odporność na korozję. Jest ona efektem dużej zawartości chromu, zapewniającego zdolność do wytwarzania pasywnej powłoki tlenkowej. Znaczenie i wykorzystanie stali austenitycznej można by znacznie zwiększyć, pokonując jej podstawowe ograniczenia, do których należą mała twardość i odporność na zużycie tribologiczne. W tym celu od wielu lat prowadzi się badania nad technologiami inżynierii powierzchni, które pozwoliłby na poprawę tych charakterystyk, bez ograniczania odporności korozyjnej. Szczególną rolę odgrywają procesy tzw. niskotemperaturowej obróbki cieplno-chemicznej. Należą do nich procesy azotowania i nawęglania prowadzone w temperaturze <500°C [1]. W takich warunkach dochodzi do tworzenia warstw wierzchnich zbudowanych z tzw. fazy S, którą cechuje duża twardość, odporność na zużycie tribologiczne oraz dobra odporność korozyjna, porównywalna z materiałem podłoża [2÷4]. Faza S jest fazą typu azotkowego, którą można opisać wzorem MxN, gdzie M oznacza wszystkie pierwiastki stopowe wchodzące w skład austenitu [5]. Jest to faza o szerokim zakresie stężeń azotu, które może się zmieniać w zakresie 10÷50% at. Faza ta może być również otrzymywana metodami PVD. Możliwość otrzymywania tego typu powłok w efekcie reaktywnego rozpylania magnetronowego została potwierdzona przez wielu badaczy [6÷10]. Wykazano, że jest możliwe otrzymanie fazy S zarówno węglowej, jak i azotowej [6, 7] w szerokim zakresie stężeń tych pierwiastków. Jednocześnie proces ten umożliwia dość łatwe sterowanie zawartością pierwiastków w pozycjach międzywęzłowych przez zmianę składu atmosfery roboczej. Ponieważ zawartość pierwiastków międzywęzłowych w tych powłokach, w przeciwieńst[...]

Wpływ parametrów procesu osadzania na morfologię powłok ze stali austenitycznej stabilizowanej azotem DOI:10.15199/28.2015.1.4


  W pracy przedstawiono wyniki badań morfologii powłok ze stali austenitycznej stabilizowanej azotem osadzanych na podłożach z tego samego materiału. Powłoki tego typu określane są jako zbudowane z fazy S. Powłoki otrzymano na drodze reaktywnego rozpylania magnetronowego stali austenitycznej w mieszaninie argonu i azotu. Zmiennymi parametrami procesu były temperatura podłoża, ciśnienie parcjalne azotu, ciśnienie całkowite, liczba rozpylanych źródeł oraz całkowity przepływ mieszaniny gazów roboczych w komorze reakcyjnej. Budowa fazowa powłok została określona na podstawie dyfrakcji rentgenowskiej (XRD). Na podstawie dyfraktogramów określono wartości parametru sieciowego a dla powłok z fazy S osobno dla rodziny płaszczyzn {111} i {200}. Stwierdzono, że przez zmianę parametrów procesu osadzania można sterować parametrem sieciowym fazy S w bardzo szerokim zakresie. Dla powłok z fazy S uzyskano wartość parametru a od 0,365 nm, czyli zbliżoną do parametru sieciowego stali austenitycznej, do ok. 0,4 nm, co odpowiada zwiększeniu parametru sieciowego o niemal 10%. Słowa kluczowe: faza S, powłoki ze stali austenitycznej, reaktywne PVD.1. WPROWADZENIE Stal austenityczna jest materiałem powszechnie stosowanym w przemyśle, szczególnie w zastosowaniach wymagających dobrej odporności korozyjnej. Jednakże w wyniku małej twardości i odporności tribologicznej zakres potencjalnych zastosowań jest ograniczony. Z tego powodu od wielu lat prowadzi się intensywne prace badawcze i próby przemysłowe mające na celu poprawę właściwości mechanicznych stali austenitycznej bez jednoczesnego obniżenia jej właściwości korozyjnych. Jednym z najbardziej obiecujących efektów tych prac było wytworzenie w wyniku niskotemperaturowego (<500°C) azotowania nowej fazy, tzw. fazy S [1÷6]. Faza ta według wysuniętych hipotez jest metastabilnym, przesyconym roztworem stałym azotu w stali austenitycznej. Wykazuje ona bardzo dużą twardość oraz odporność korozyjną zbliżoną lub lepszą [...]

Odporność tribokorozyjna powłok ze stali austenitycznej stabilizowanej azotem DOI:10.15199/28.2015.5.17


  W pracy przedstawiono wyniki badań odporności korozyjnej i tribokorozyjnej powłok z fazy S naniesionych na stal austenityczną. Faza S jest to rozszerzony austenit (expanded austenite) stabilizowany azotem (lub węglem). Odporność korozyjną i tribokorozyjną wytworzonych powłok porównano z nieobrobioną stalą austenityczną. Powłoki zostały wykonane metodą reaktywnego rozpylania magnetronowego przy różnych parametrach technologicznych procesu. Zmiennymi parametrami procesu były temperatura podłoża (w zakresie 25÷400°C) oraz proporcja gazów roboczych: argonu i azotu (15÷50% obj. azotu). Dla wszystkich powłok określono budowę fazową (metodą dyfrakcji rentgenowskiej — XRD) oraz ich morfologię (metodą skaningowej mikroskopii elektronowej — SEM). Zawartość azotu w powłokach określono metodą mikroanalizy rentgenowskiej — WDS (wzorzec CrN), a rozmieszczenie azotu na przekroju poprzecznym powłok określono metodą jarzeniowej spektroskopii emisyjnej (GDOES). Badania zużycia korozyjnego (bez jednoczesnego zużycia tribologicznego) oraz zużycia tribokorozyjnego (z jednoczesnym zużyciem tribologicznym) przeprowadzono w środowisku wodnym zawierającym chlorki. Badania te obejmowały pomiary w warunkach otwartego, stacjonarnego i zmiennego (dynamicznego) potencjału elektrochemicznego. Tak kompleksowe pomiary pozwoliły na określenie zużycia tribokorozyjnego powłok z fazy S naniesionych na stal austenityczną. Stwierdzono, że najlepszą odporność tribokorozyjną uzyskano dla powłok osadzanych w atmosferze zawierającej 50% azotu. W zależności od parametrów procesu osadzania uzyskano zmniejszenie ogólnego zużycia tribokorozyjnego stali austenitycznej nawet o 85%. Słowa kluczowe: stal austenityczna, reaktywne PVD, faza S, odporność tribokorozyjna.1. WPROWADZENIE Chromowo-niklowa stal austenityczna należy obecnie do jednych z najważniejszych materiałów konstrukcyjnych. Podstawową zaletą tego materiału jest bardzo dobra odporność na korozyjne oddziaływanie[...]

Characterization of mechanical properties of S-phase coatings DOI:10.15199/28.2017.4.5


  1. INTRODUCTION Modification of austenitic stainless steel surface aiming at improvement of mechanical and functional properties, such as hardness or wear resistance, has been one of the main tasks of surface engineering for several decades. One of the methods to improve these properties is obtaining a nitrogen and/or carbon supersaturated solid solution in austenite which is called S-phase (also γN or expanded austenite). The most frequently used method is low-temperature nitriding. S-phase layers have higher hardness and comparable to or sometimes even better corrosion resistance than austenitic stainless steel [1÷7]. Low-temperature treatment is a process carried out at temperature below 500°C. It prevents the formation of nitrides (mostly chromium nitrides), the presence of which significantly decreases corrosion resistance of austenitic stainless steel. It is also possible to obtain S-phase as a coating with magnetron sputtering. Austenitic stainless steel is then sputtered in reactive atmosphere containing nitrogen [1, 2, 8÷22]. This method allows the temperature of the preparation of S-phase to be reduced even below 200°C. Moreover, an easy control of nitrogen concentration in the coating is also possible by regulation of the nitrogen content in the reaction chamber. Thanks to the combination of these two basic parameters the deposition of coatings with varying thickness, morphology and mechanical properties is possible. 2. MATERIAL AND METHODS Coatings were deposited by means of reactive magnetron sputtering method (RMS). Discs of 50 mm in diameter made of austenitic stainless steel (wt %: 18.5 Cr, 9 Ni, 2 Mn, 0.5 Si, 0.4 Cu, Fe in balance) were used as targets. Substrates were made of the same steel grade. Prior to the deposition they were ground using abrasive papers down to 1200 and then with diamond pastes down to 1 μm. After grinding the substrates were vibro-polished with Al2O3 in order to remove the layer of ferrite resulting f[...]

Wpływ parametrów procesu na formowanie powłok z fazy S otrzymanych metodą PVD


  Zwiększenie twardości i odporności na ścieranie, przy jednoczesnym zachowaniu dobrej odporności korozyjnej stali austenitycznej jest od lat tematem wielu prac badawczych. Przełomem dla procesu azotowania były badania prowadzone przez Ichii i in. [1], dotyczące azotowania jarzeniowego w niskiej temperaturze 400°C. Stwierdzono, że warstwa azotowana uzyskiwana w tych warunkach składa się z fazy azotowej S (ang. expanded austenite). Posiada ona dużą twardość i odporność na ścieranie przy jednocześnie dobrej odporności korozyjnej. Otrzymywanie warstw o takiej budowie jest również możliwe podczas azotowania gazowego [2, 3]. Podstawowym problemem technologicznym występującym podczas azotowania stali austenitycznej jest wrażliwość temperaturowa fazy S, która w zależności od czasu i temperatury obróbki ulega rozpadowi na azotki chromu i żelaza, co znacznie obniża odporność korozyjną warstw [4]. Ograniczenie to spowodowało, iż proces ten wciąż nie ma szerszego zastosowanie przemysłowego. Jak wykazują jednak prace dotyczące napylania reaktywnego warstw zbudowanych z fazy S [5-7] możliwe jest otrzymanie tą metodą powłok zbudowanych z fazy S. Ponieważ obróbka ta pozwala na obniżenie temperatury znacznie poniżej 500°C, daje to możliwość uniknięcia niepożądanego efektu pogorszenia odporności korozyjnej powłoki [8]. Metoda PVD daje także możliwość uzyskiwania powłok zbudowanych z fazy S na dowolnym podłożu. Pozwala to znacznie zwiększyć potencjalny zakres ich zastosowania. Celem pracy było zbadanie wpływu parametrów procesu napylania oraz rodzaju podłoża na formowanie powłoki zbudowanych z fazy S. Część doświadczalna W pracy zbadano powłoki [...]

Charakterystyka właściwości mechanicznych powłok z austenitu stabilizowanego węglem DOI:10.15199/28.2015.6.9


  Mechanical properties of the carbon-stabilized austenite coatings The paper presents the results of studies on mechanical properties of the S-phase coatings obtained by reactive magnetron sputtering of austenitic steel in an atmosphere containing methane in a variable proportion to argon. The basic characteristics of mechanical properties such as hardness and Young’s modulus as well as tribological characteristics were determined. Moreover, the adhesion of coatings was examined by scratch tests. It has been found that as a result of the reactive magnetron sputtering of the target made of austenitic steel in an atmosphere containing methane is possible to obtain hard (8÷12 GPa) and wear resistant coatings. Studies have shown that hardness of the coatings increases with an increase of carbon content, but the wear rate depends on the carbon contents only to a small extent. The slight decrease in the friction coefficient with the carbon content is observed. No changes were observed wear rate of the coatings. The coatings have good adhesion to the substrate, the better the higher is the carbon content in the coatings. Key words: carbon stabilized austenitic stainless steel coatings, reactive PVD, mechanical properties. W pracy przedstawiono wyniki badań właściwości mechanicznych powłok z fazy S wytworzonych podczas reaktywnego rozpylania magnetronowego stali austenitycznej w atmosferze zawierającej metan w zmiennej proporcji do argonu. Wyznaczono podstawowe charakterystyki właściwości mechanicznych, takich jak twardość i moduł Younga, oraz zbadano przyczepność powłok i ich właściwości tribologiczne. Stwierdzono, że w efekcie reaktywnego rozpylania magnetronowego targetu ze stali austenitycznej w atmosferze z dodatkiem metanu jest możliwe uzyskanie twardych powłok (8÷12 GPa) odpornych na zużycie przez tarcie. Badania wykazały, że ze wzrostem zawartości węgla obserwuje się zwiększenie twardości powłok, natomiast zużycie tribologiczne zależy od[...]

The influence of total gas pressure and atmosphere composition during ion cleaning step on S-phase coating formation DOI:10.15199/28.2019.1.1


  Austenitic stainless steel is a commonly used construction material for applications in which high corrosion resistance is required. However, certain applications are limited by the low hardness and wear resistance of this steel. One of the ways to improve its mechanical properties is thermochemical surface treatment at temperatures up to 500°C. During low-temperature nitriding or carburizing a diffusion layer of S-phase is formed [1], which is considered to be a carbon or nitrogen supersaturated solution in austenite. S-phase is characterized by high hardness and wear resistance and its corrosion resistance is comparable to that of austenitic steel. An alternative method is to deposit S-phase as a coating on an austenitic substrate. [2, 3]. S-phase coatings can be obtained, for example, by reactive magnetron sputtering of austenitic steel in a nitrogen atmosphere. The production process consists of two main stages: an ion cleaning of the substrate followed by sputter deposition of the target material in a reactive plasma. During the ion cleaning step the substrate bias voltage is much higher than in the sputtering stage. As a result, ions reaching the substrate remove impurities instead of depositing as a coating [4]. In the case of austenitic steel, this process can lead to removal of the oxide passive layer usually present on the surface. As observed in previous research [5, 6], such a procedure can lead to diffusion layer formation as a consequence of nitrogen diffusion from the coating into the substrate. Such a diffusion layer, with nitrogen content lower than that in the S-phase coating, forms a gradient interlayer that is potentially beneficial for improving the coating adhesion. Nitrided diffusion layer formation in austenitic stainless steels has been widely studied for low-temperature gas or plasma nitriding [7÷9]. Previous research, concerning the influence of surface activation on diffusion layer formation in ther[...]

Charakterystyka powłok z fazy S otrzymanych na drodze reaktywnego rozpylania magnetronowego

Czytaj za darmo! »

Stal austenityczna ze względu na dobrą odporność korozyjną w różnych środowiskach znajduje zastosowanie w wielu dziedzinach techniki. Jednakże niska twardość i odporność na ścieranie znacznie ogranicza jej wykorzystanie. Dlatego obróbka powierzchniowa prowadząca do poprawy właściwości użytkowych elementów wykonanych ze stali austenitycznej jest od wielu lat przedmiotem licznych prac badawczych. Podstawowym procesem prowadzącym do poprawy tych właściwości jest proces azotowania i jego pochodne. Nowa epokę w stosowaniu tych metod do stali austenitycznej zapoczątkowały badania prowadzone przez Ichii i in. [1] i dotyczące azotowania jarzeniowego w niskiej temperaturze (400°C). Stwierdzono, że warstwa azotowana uzyskiwana w tych warunkach składa się z fazy azotkowej S (ang. expande[...]

 Strona 1