Přejít k obsahu


Tribological properties and oxidation resistance of WNx thin films at high temperatures up to 500 °C

Citace:
JAVDOŠŇÁK, D., MUSIL, J., SOUKUP, Z., ČERSTVÝ, R., HAVIAR, S., HOUŠKA, J. Tribological properties and oxidation resistance of WNx thin films at high temperatures up to 500 °C. San Diego, USA, 2018.
Druh: PŘEDNÁŠKA, POSTER
Jazyk publikace: eng
Anglický název: Tribological properties and oxidation resistance of WNx thin films at high temperatures up to 500 °C
Rok vydání: 2018
Autoři: Ing. Daniel Javdošňák , Prof. Ing. Jindřich Musil DrSc. , Ing. Zbyněk Soukup Ph.D. , Ing. Radomír Čerstvý , RNDr. Stanislav Haviar Ph.D. , Doc. Ing. Jiří Houška Ph.D.
Abstrakt CZ: Přednáška pojednává o struktuře, mikrostruktuře, mechanických vlastnostech, koeficientu tření, koeficientu otěru a oxidační odolnosti vrstev na bázi WNx; kde x = N/W je stechiometrie nitridových vrstev. Tenké vrstvy byly reaktivně naprašovány z wolframového terče o průměru 100 mm na podklady z Si(100) a ocele 15330 ve směsi plynu Ar+N2 za použití nevyváženého magnetronu napájeného AC pulzním zdrojem. Vlastnosti naprášených WNx vrstev byly charakterizovány pomocí technik (i) RTG difrakce, (ii) řádkovací elektronové mikroskopie, (iii) mikro-indentace, (iv) pin-on-disk tribometrie v širokém rozsahu teplot T od pokojové do 500 °C a (v) elipsometrie. Bylo zjištěno, že WNx vrstvy jsou polykrystalické nanokompozity složené buď ze směsi nízkoteplotní α-W a vysokoteplotní β-W2N fáze, při x ≤ 0,5 nebo vysokoteplotní β-W2N fáze a nízkoteplotní δ-WN fáze a vykazují: (1) vysokou tvrdost H = 34 GPa, poměr H/E*= 0,13, elastickou vratnost We = 88 %, které se zvyšují se zvyšujícím se x; kde E* je efektivní Youngův modul pružnosti, (2) tření s Al2O3 kuličkou (i) se zvětšuje z 0,3÷0,4 při pokojové teplotě na 0,8÷1,2 při 200 °C a (ii) snižuje se na 0,5÷0,6 při 400 °C při kluzné vzdálenosti 1000 m, (3) otěr s Al2O3 kuličkou se zvyšuje z 10^-8 mm^3/Nm při T ≤ 200 °C na ~2,5 × 10^-6 mm^3/Nm při T v rozsahu 200 až 400 °C. WNx vrstvy byly zcela opotřebeny na substrát při T = 500 °C už při kluzné vzdálenosti 350 až 600 m díky tvorbě tenké vrstvy WOx na povrchu povlaku.
Abstrakt EN: The presentation reports on the structure, microstructure, mechanical properties, friction coefficient µ, wear rate k and oxidation resistance of the WNx films; here x = N/W is the stoichiometry of nitride films. The films were reactively sputtered from a W target of diameter of 100 mm on Si(100) and Steel 15330 substrates in a mixture of Ar+N2 gases using an unbalanced magnetron powered by the AC pulsed power supply. The properties of sputtered WNx films were characterized by (i) X-ray diffraction (XRD), (ii) Scanning Electron Microscope (SEM), (iii) micro-indentation testing, (iv) pin-on-disk tribometry in wide range of temperatures T from room temperature (RT) up to 500 °C and (v) ellipsometry. It was found that sputtered WNx films are polycrystalline nanocomposites composed of either a mixture of low–T α-W and high–T β-W2N the phases at x ≤ 0.5 or high–T β-W2N and low–T δ-WN the phase and exhibit: (1) high values of the hardness H, H/E* ratio, elastic recovery We increasing with increasing x up to 34 GPa, 0.13 and 88%, respectively; here E* is effective Young’s modulus, (2) the friction with Al2O3 ball (i) increases from 0.3÷0.4 at RT to 0.8÷1.2 at 200 °C and (ii) decreases to 0.5÷0.6 at 400 °C and sliding distance of 1000 m, (3) the wear with Al2O3 ball increases from 10^-8 mm^3/Nm at T ≤ 200 °C up to ~2.5 × 10^-6 mm^3/Nm at T ranging from 200 to 400 °C. The WNx films are completely removed from the substrate at T = 500 °C already at sliding distances of about 350 to 600 m due to formation of the WOx scale on the coating surface.
Klíčová slova

Zpět

Patička