Projektowanie powłok przeciwzużyciowych w oparciu o podejscie

Projektowanie powłok przeciwzuĪyciowych w oparciu o podejĞcie krystalochemiczne
B. WarcholiĔski
Politechnika KoszaliĔska, Instytut Mechatroniki, Nanotechnologii i Techniki PróĪniowej
Streszczenie
MoĪliwoĞü tworzenia twardych powłok charakteryzujących siĊ właĞciwoĞciami
samosmarującymi jest jednym z najwaĪniejszych zagadnieĔ tribologii. Wytwarzanie nowych
powłok o architekturze wielowarstwowej czy nanokompozytowej jest powszechne,
szczególnie w zastosowaniach do obróbki na sucho lub w podwyĪszonych temperaturach. W
takich przypadkach tworzy siĊ na powierzchni warstwa tlenkowa redukująca współczynnik
tarcia i zuĪycie. W pracy przedstawiono moĪliwoĞü opracowania powłok odpowiednich do
rodzaju obróbki i obrabianego materiału zapewniając dobre właĞciwoĞci tribologiczne
szczególnie w podwyĪszonych temperaturach w oparciu o załoĪenia teorii
krystalochemicznej.
Słowa kluczowe: Powłoki przeciwzuĪyciowe; PodejĞcie krystalochemiczne, Tlenki
Keywords: Anti-wear coatings; Crystal chemical approach; Lubricious oxides
A crystal chemical approach in anti-wear coating’s design
Abstract
The possibility of composing of hard coatings with self-lubricating features is one of the most
important problems in tribology. The production of a new coating architectures based on
nanocomposite or multilayered morphologies is very popular, particularly for dry or hightemperature machining applications. In this applications, these coatings can lead to the
formation of self-lubricating oxide film that reduce friction and wear. In this paper the crystal
chemical approach is presented to produce of low-shear and low friction films. This approach
can be applied to design the coatings suitable for type of machining and used material
providing good tribological properties especially at elevated temperatures.
WstĊp
ZdolnoĞü cienkiej warstwy do wpływania na tarcie znana jest od lat [1]. Warstwa taka
wprowadzana celowo lub bĊdąca produktem reakcji chemicznych w wĊĨle tarcia chroni
(przynajmniej chwilowo) trące elementy przed prawie pewnym zatarciem. Cienkie warstwy
zarówno miĊkkie jak i twarde są czĊsto stosowane na narzĊdzia i czĊĞci maszyn do obniĪania
współczynnika tarcia i zuĪycia. WiĊkszoĞü powłok nanosi siĊ metodami próĪniowymi
stosując techniki CVD i PVD. MiĊkkie powłoki takie jak Sn, Mo2S [2] są najczĊĞciej
stosowane do obniĪania współczynnika tarcia w zastosowaniach Ğlizgowych, łoĪyskach,
panewkach itp., gdzie uĪycie ciekłych Ğrodków smarnych nie jest poĪądane ani praktyczne.
Twarde powłoki, TiN, TiC, WC, są z kolei łatwe do kontroli zuĪycia w róĪnych procesach
ciĊcia i kształtowania metali, a takĪe w łoĪyskach tocznych i Ğlizgowych.
Uszlachetnianie powierzchni narzĊdzi i czĊĞci maszyn zmierzające do zwiĊkszenia ich
trwałoĞci prowadzone jest od wielu lat. RozróĪnia siĊ ogólnie dwie metody uszlachetniania.
Pierwsza polega na obróbce cieplnochemicznej detalu, są to min. hartowanie, a takĪe
azotowanie, nawĊglanie, borowanie. Druga grupa metod opiera siĊ na nakładaniu na
narzĊdzia lub czĊĞci maszyn cienkiej powłoki z innego, niĪ one, materiału. Zabiegi te
powodują zwiĊkszenie twardoĞci warstwy wierzchniej, jej odpornoĞci mechanicznej i
chemicznej, zmniejszenie współczynnika tarcia. Takie powłoki przeciwzuĪyciowe
wielokrotnie przedłuĪają czas uĪytkowania narzĊdzi, umoĪliwiają stosowanie wiĊkszych
1