Optymalizacja parametrów wytwarzania

Politechnika
Koszali
ń
ska
Politechnika Koszalińska
Instytut Mechatroniki, Nanotechnologii
i Techniki Próżniowej
Instytut Mechatroniki,
Nanotechnologii
i Technik Próżniowych
Optymalizacja parametrów wytwarzania cienkich
nanokompozytowych powłok W-DLC
z wykorzystaniem metody Taguchi
Andrzej Czyżniewski, Szymon Bernat, Adrian Wojtalik
Seminarium projektu nr POIG.01.03.01-00-052/08:
„Hybrydowe technologie modyfikacji powierzchni narzędzi do obróbki drewna”
Koszalin, Październik 2010
Politechnika
Koszalińska
Instytut Mechatroniki, Nanotechnologii
i Techniki Próżniowej
Plan referatu
1. Wprowadzenie, cel badań
2. Plan eksperymentów i badań
3. Wytwarzanie i metodyka badań powłok
4. Wyniki badań i analiza
5. Podsumowanie
Politechnika
Koszalińska
Instytut Mechatroniki, Nanotechnologii
i Techniki Próżniowej
Właściwości powłok determinujące parametry
skrawne pokrywanych narzędzi
‰ Adhezja do podłoża
‰ Wytrzymałość - odporność na pękanie
‰ Odporność na zużycie ścierne
‰ Twardość
‰ Chropowatość
‰ Współczynnik tarcia systemu powłoka-drewno
‰ Właściwości niemechaniczne - współczynnik
rozszerzalności cieplnej, przewodność cieplna
oraz odporność na korozję chemiczną i
elektrochemiczną.
Politechnika
Koszalińska
PLC (a-C:H)
(Polymer-Like Carbon)
DC, MF, RF-PACVD, MS
- bardzo niska twardość
Instytut Mechatroniki, Nanotechnologii
i Techniki Próżniowej
ARC, FARC,PPD, PLD, MS, EV
- bardzo wysoka twardość
- wysoka odporność na zużycie
RMS, ARC, PLD, DC-, RF-PACVD
+ Me
DC, MF, RF-PACVD, MS, IBD
- niska twardość
- niski współczynnik tarcia
DC-, MF-, RF-PACVD, MS, IBD
- wysoka twardość
- wysoka odporność na zużycie
- zróżnicowany wsp. tarcia
X=Ti, W, Cr, Nb, Zr, Mo,
1-45% at.
Właściwości zależne od
wzajemnego udziału fazy
GLC (a-C:H)
(Graphite-Like Carbon)
DLC (a-C:H)
(Diamond-Like Carbon)
X-C:H, X-C X-DLC
a-C, ta-C
Powłoki
na bazie węgla
(DLC)
DLC i XC
X-C:H
+ Si, B,
F
X=Si, F, B
1-15% at.
DC-, RF-PACVD, RMS
- niski współczynnik tarcia
- redukcja energii powierzchniowej
- niska zwilżalność
NCD
(Nanocrystalline Diamond)
RF-, MW- PACVD, PPD
- wysoka twardość
- wysoka odporność na zużycie
+ (Si, O)
+N
X-C:H
Diamond
HF CVD, MW-PACVD
- najwyższa twardość
- najwyższa odporność na zużycie
CNx (C 3N4-?)
RMS, PACVD,PPD, FARC, PLD
- wysoka twardość
- wysoka odporność na zużycie
(Si + O)
1-20% at.
EV, DC-, RF-PACVD, RMS
- „przezroczystość”
- odporność na zarysowania
- redukcja promieniowania UV
Politechnika
Koszalińska
Instytut Mechatroniki, Nanotechnologii
i Techniki Próżniowej
Mikrostruktura i właściwości powłok typu X-DLC
Powłoki nanokrystaliczne
Powłoki nanokompozytowe
Nanokrystality < 20 nm
Nanokrystality 10 – 1 nm
< 5% DLC
10 – 95% DLC
XC
10 – 20% DLC
DLC
Nanokompozytowy efekt umocnienia
Twardość wyższa niż powłok o
składzie stechiometrycznym
5 nm
5 nm
5 nm
Politechnika
Koszalińska
Instytut Mechatroniki, Nanotechnologii
i Techniki Próżniowej
Wyniki badań narzędzi do obróbki drewna pokrytych powłokami typu X-DLC
P. Beer, A. Czyżniewski et. al., Vacuum 53 (1999) 363366
Obróbka – wytwarzanie forniru (wood peeling process)
Noże ze stali narzędziowej 60SMD8 (57-59HRC)
CrN – TRS, 0,65 µm,
W-C:H (W-DLC) – PRMS, 1,3 µm, 16GPa, LC3 = 40N
Wzrost trwałości narzędzi 1,5 – 2,5x
I. Endler et. al., DRM 8 (1999) 834-839
Obróbka – struganie
Noże z węglików spiekanych (30 x 12 x 1,5 mm)
TiC/a-C – PACVD, H = 3500HV, LC = 15 – 30N
a-C – Laser-arc PVD, H = 5000HV
?
Wzrost trwałości narzędzi - 210 – 250%
Politechnika
Koszalińska
Instytut Mechatroniki, Nanotechnologii
i Techniki Próżniowej
Przesłanki wyboru powłok W-DLC
‰ Nanokompozytowa budowa powłok
charakteryzuje się
korzystnym skojarzeniem właściwości wytrzymałościowych
i plastycznych
‰ Węgliki wolframu (WC) charakteryzują
odpornością na zużycie ścierne
się
wysoką
‰ Osnowa DLC, która pod wpływem wysokiej temperatury
ulega procesom grafityzacji i utleniania, jest źródłem
substancji grafitopodobnych o niskiej wytrzymałości na
ścinanie, które powstając w styku ostrza z materiałem
obrabianym
(drewnem)
mogą
powodować
pożądane
obniżenie sił skrawania
‰ Niska chropowatość
‰ Korzystne rezultaty wstępnych badań nad zastosowaniem
do narzędzi do obróbki drewna
Politechnika
Koszalińska
Instytut Mechatroniki, Nanotechnologii
i Techniki Próżniowej
Cel badań
Ustalenie optymalnych wartości wybranych
parametrów wytwarzania powłok W-DLC metodą
impulsowego
reaktywnego
rozpylania
magnetronowego, które zapewnią uzyskanie
najkorzystniejszych ich właściwości z punktu
widzenia zastosowania do pokrywania narzędzi
do obróbki drewna
Politechnika
Koszalińska
Instytut Mechatroniki, Nanotechnologii
i Techniki Próżniowej
Plan eksperymentów i badań
Sposób optymalizacji - metoda Taguchi[1]
Główne kryterium optymalizacji parametrów wytwarzania powłok:
Adhezja powłoki określana
obciążenie krytyczne LC3
w
teście
rysy
Kryteria pomocnicze:
Twardość powłoki (H)
Stosunek twardości do modułu sprężystości (H/E)
Współczynnik tarcia powłoka-drewno sosnowe (fs)
[1]
J. Pietraszek, Metoda Taguchi optymalizacji jakości, StatSoft Polska 1999.
poprzez
Politechnika
Koszalińska
Instytut Mechatroniki, Nanotechnologii
i Techniki Próżniowej
Wybrane optymalizowane parametry wytwarzania
Lp.
Optymalizowany parametr
Wartość parametru
1
2
3
1
Natężenie przepływu acetylenu (IC2H2)
[cm3/min]
16
22
28
2
Napięcie polaryzacji podłoży (UB) [V]
-50
-150
-250
3
Grubość powłoki W-DLC (tW-DLC) [µm]
2,5/1,3
3,5/2,0
5/3,0
4
Grubość podwarstwy chromu (tCr) [µm]
0,3/0,1
0,6/0,2
0,9/0,3
Politechnika
Koszalińska
Instytut Mechatroniki, Nanotechnologii
i Techniki Próżniowej
Tablica eksperymentów
Nr
ek.
Natężenie
przepływu
acetylenu
Napięcie
polaryzacji
podłoży
[cm3/min]
1
Grubość powłoki W-DLC
Grubość podwarstwy
chromu
Obrót
jednoosiowy
Obrót
planetarny
Obrót
jednoosiowy
Obrót
planetarny
[V]
[µm]
[µm]
[µm]
[µm]
16
-50
2,5
1,3
0,3
0,1
2
16
-150
3,5
2,0
0,6
0,2
3
16
-250
5
3,0
0,9
0,3
4
22
-50
3,5
2,0
0,9
0,3
5
22
-150
5
3,0
0,3
0,1
6
22
-250
2,5
1,3
0,6
0,2
7
28
-50
5
3,0
0,6
0,2
8
28
-150
2,5
1,3
0,9
0,3
9
28
-250
3,5
2,0
0,3
0,1
Politechnika
Koszalińska
Instytut Mechatroniki, Nanotechnologii
i Techniki Próżniowej
Wykonanie eksperymentów i analiza wyników badań
‰ Eksperymenty przeprowadzono stosując losową kolejność ich
wykonywania
‰ Analizę
statystyczną
wpływu
poszczególnych
parametrów
wytwarzania na przyjęte kryteria optymalizacji oraz wybór
parametrów optymalnych przeprowadzono z wykorzystaniem modułu
analizy doświadczeń wg metody Taguchi w programie „Statistica”
(StatSoft Polska)
‰ W analizie statystycznej, dla przyjętych kryteriów optymalizacji,
stosowano zasadę „im większe tym lepsze” lub „im mniejsze tym
lepsze”
Politechnika
Koszalińska
Instytut Mechatroniki, Nanotechnologii
i Techniki Próżniowej
Podłoża
Nóż strugarski z HSS (30 x 30 x 3 mm)
10,2 GPa, Ra < 0,05 µm
Próbka z HSS (φ32 x 3 mm)
9,8 GPa, Ra < 0,01 µm
Próbka z węglików spiekanych (HM) (20 x 20 x 2 mm)
22,1 GPa, Ra < 0,02 µm
Krzem monokrystaliczny (30 x 5 x 0,5 mm)
(100), Ra < 0,01 µm
Politechnika
Koszalińska
Instytut Mechatroniki, Nanotechnologii
i Techniki Próżniowej
Wytwarzanie i metodyka badań powłok
Politechnika
Koszalińska
Instytut Mechatroniki, Nanotechnologii
i Techniki Próżniowej
Parametry procesu wytwarzania powłok
Ciśnienie gazów resztkowych
2 × 10-3 Pa
Ciśnienie robocze
0,3 ÷ 0,38 Pa
Natężenie przepływu argonu
50 cm3/min
Prąd wyładowania łukowego
70 A
Moc rozpylania targetu chromowego
3 kW
Moc rozpylania targetu wolframowego
1,5 kW
Natężenie przepływu acetylenu
16 ÷ 28 cm3/min
Napięcie polaryzacji podłoży
- 100 ÷ -800 V
Temperatura procesu
~ 200oC
Prędkość obrotowa stołu
3 obr/min
Politechnika
Koszalińska
Instytut Mechatroniki, Nanotechnologii
i Techniki Próżniowej
Metodyka badań właściwości powłok
EDS – skład chemiczny
SEM – mikrostruktura, grubość
Fischerscope 2000HM – twardość, moduł sprężystości
Revetest®, Test Rockwella - adhezja
Kulotester - grubość
Tribotester kula-tarcza - właściwości tribologiczne
Profilografometr – chropowatość, grubość, naprężenia
Politechnika
Koszalińska
Instytut Mechatroniki, Nanotechnologii
i Techniki Próżniowej
Optymalizacja parametrów wytwarzania powłok W-DLC
Parametry wytwarzania i adhezja (LC3) powłok W-DLC na różnych podłożach
Obrót jednoosiowy
Parametry optymalizowane
Lp
Podstawowe kryterium optymalizacji: obciążenie krytyczne LC3
[N]
IC2H2
UB
tW-DLC
tCr
[cm3/min]
[V]
[µm]
[µm]
Nóż strugarski
z HSS
1
16
-50
2,5
0,3
68
65
69
63
65
62
92
90
91
2
16
-150
3,5
0,6
86
84
80
39
45
48
83
85
83
3
16
-250
5,0
0,9
41
43
46
72
70
74
12
14
13
4
22
-50
3,5
0,9
64
62
65
72
79
75
85
80
88
5
22
-150
5,0
0,3
73
77
75
61
65
59
114
116
119
6
22
-250
2,5
0,6
88
89
86
84
83
82
68
70
73
7
28
-50
5,0
0,6
71
72
74
71
69
75
70
86
78
8
28
-150
2,5
0,9
89
92
90
88
91
86
75
70
72
9
28
-250
3,5
0,3
72
75
73
65
68
63
126
116
115
Próbka z HSS
Próbka z HM
Politechnika
Koszalińska
Instytut Mechatroniki, Nanotechnologii
i Techniki Próżniowej
Parametry wytwarzania i adhezja (LC3) powłok W-DLC na różnych podłożach
Obrót planetarny
Parametry optymalizowane
Podstawowe kryterium optymalizacji: obciążenie krytyczne
LC3
[N]
Lp
IC2H2
UB
tW-DLC
tCr
[cm3/min]
[V]
[µm]
[µm]
Nóż strugarski
z HSS
1
16
-50
1,3
0,1
72
75
78
60
51
60
90
98
90
2
16
-150
2,0
0,2
75
70
72
68
62
67
100
95
99
3
16
-250
3,0
0,3
68
66
69
45
40
40
8
13
15
4
22
-50
2,0
0,3
87
83
82
58
65
67
106
109
102
5
22
-150
3,0
0,1
77
82
80
71
71
70
116
119
120
6
22
-250
1,3
0,2
72
75
82
88
87
87
98
108
110
7
28
-50
3,0
0,2
81
86
80
74
68
62
33
35
31
8
28
-150
1,3
0,3
90
89
93
90
88
85
40
41
41
9
28
-250
2,0
0,1
72
75
73
71
74
70
124
120
119
Próbka z HSS
Próbka z HM
Wpływ parametrów wytwarzania na obciążenie krytyczne LC3 powłok W-DLC
wytworzonych na nożach strugarskich z HSS, próbkach z HSS i próbkach z HM
Obrót jednoosiowy
Nóż
z
HSS
Próbka
z HSS
Próbka
z HM
Obrót planetarny
Parametry optymalne
Parametry optymalne
IC2H2 = 28 cm3/min
IC2H2 = 28 cm3/min
UB = - 150 V
UB = - 150 V
tW-DLC = 2,5 µm
tW-DLC = 1,3 µm
tCr = 0,6 µm
tCr = 0,3 µm
Parametry optymalne
Parametry optymalne
IC2H2 = 28 cm3/min
IC2H2 = 28 cm3/min
UB = - 150 V
UB = - 150 V
tW-DLC = 2,5 µm
tW-DLC = 1,3 µm
tCr = 0,6 µm
tCr = 0,3 µm
Parametry optymalne
Parametry optymalne
IC2H2 = 28 cm3/min
IC2H2 = 22 cm3/min
UB = - 150 V
UB = - 150 V
tW-DLC = 3,5 µm
tW-DLC = 2,0 µm
tCr = 0,3 µm
tCr = 0,1 µm
Politechnika
Koszalińska
Instytut Mechatroniki, Nanotechnologii
i Techniki Próżniowej
Parametry wytwarzania i wartości pomocniczych kryteriów optymalizacji
Obrót jednoosiowy
Lp.
Pomocnicze kryteria optymalizacji
Parametry optymalizowane
IC2H2
[cm3/min]
UB
[V]
tW-DLC
[µm]
tCr
[µm]
1
16
-50
2,5
0,3
18,1
19,4
18,6
0,080
0,090
0,075
0,42
0,2
0,3
2
16
-150
3,5
0,6
19,2
18,6
19,1
0,086
0,086
0,088
0,6
0,05
0,32
3
16
-250
5,0
0,9
19,6
18,1
18,7
0,075
0,082
0,081
0,2
0,25
0,22
4
22
-50
3,5
0,9
15,2
17,9
16,5
0,087
0,094
0,086
0,3
0,2
0,25
5
22
-150
5,0
0,3
16,6
18,3
19,3
0,096
0,099
0,089
0,27
0,15
0,2
6
22
-250
2,5
0,6
16,7
19,1
19,7
0,087
0,090
0,100
0,28
0,15
0,21
7
28
-50
5,0
0,6
14,5
18,5
16,5
0,100
0,090
0,110
0,35
0,1
0,22
8
28
-150
2,5
0,9
17,8
16,1
19,1
0,098
0,087
0,097
0,3
0,03
0,17
9
28
-250
3,5
0,3
17,4
18,7
19,9
0,095
0,098
0,100
0,42
0,1
0,3
Twardość
[GPa]
Stosunek H/E
Współczynnik tarcia fs
Politechnika
Koszalińska
Instytut Mechatroniki, Nanotechnologii
i Techniki Próżniowej
Parametry wytwarzania i wartości pomocniczych kryteriów optymalizacji
Obrót planetarny
Lp.
Parametry optymalizowane
Pomocnicze kryteria optymalizacji
IC2H2
[cm3/min]
UB
[V]
tW-DLC
[µm]
tCr
[µm]
1
16
-50
1,3
0,1
18,9
17,4
19,1
0,091
0,088
0,091
0,38
0,05
0,21
2
16
-150
2,0
0,2
17,4
19,1
18,2
0,086
0,096
0,082
0,6
0,05
0,32
3
16
-250
3,0
0,3
18,1
18,1
19,4
0,091
0,094
0,097
0,15
0,28
0,23
4
22
-50
2,0
0,3
15,5
16,3
17,9
0,095
0,096
0,100
0,27
0,07
0,17
5
22
-150
3,0
0,1
16,1
17,8
16,4
0,087
0,110
0,097
0,1
0,2
0,15
6
22
-250
1,3
0,2
18,6
18,8
20,2
0,100
0,110
0,105
0,26
0,15
0,2
7
28
-50
3,0
0,2
13,6
14,3
17,0
0,100
0,110
0,110
0,17
0,17
0,17
8
28
-150
1,3
0,3
17,6
16,3
18,3
0,130
0,100
0,120
0,28
0,2
0,24
9
28
-250
2,0
0,1
17,2
16,8
19,8
0,100
0,100
0,120
0,38
0,14
0,25
Twardość
[GPa]
Stosunek H/E
Współczynnik tarcia fs
Wpływ parametrów wytwarzania na twardość (H), H/E i współczynnik tarcia fs powłok
W-DLC
Obrót jednoosiowy
Parametry optymalne
H
H/E
IC2H2 = 16 cm3/min
UB = - 250 V
tW-DLC = 2,5 µm
Parametry optymalne
IC2H2 = 16 cm3/min
tCr = 0,3 µm
UB = - 250 V
tW-DLC = 1,3 µm
tCr = 0,3 µm
Parametry optymalne
Parametry optymalne
IC2H2 = 28 cm3/min
UB = - 150 V
tW-DLC = 3,5 µm
IC2H2 = 28 cm3/min
UB = - 250 V
tW-DLC = 1,3 µm
tCr = 0,6 µm
fs
Obrót planetarny
tCr = 0,3 µm
Parametry optymalne
Parametry optymalne
IC2H2 = 22 cm3/min
UB = - 250 V
tW-DLC = 5 µm
IC2H2 = 22 cm3/min
UB = - 50 V
tW-DLC = 3,5 µm
tCr = 0,9 µm
tCr = 0,3 µm
Politechnika
Koszalińska
Instytut Mechatroniki, Nanotechnologii
i Techniki Próżniowej
Eksperymenty weryfikujące
Przeprowadzono kilka eksperymentów weryfikujących stosując
parametry pozwalające uzyskać:
‰ Maksymalną adhezję do podłoży z HSS – EW1
‰ Maksymalną adhezję do podłoży z węglików spiekanych (HM)
– EW2
Politechnika
Koszalińska
Instytut Mechatroniki, Nanotechnologii
i Techniki Próżniowej
Wyniki badań właściwości powłok W-DLC wytworzonych na podłożach
z HSS w eksperymentach weryfikujących - obrót jednoosiowy
Parametry optymalne
Eks.
Obciążenie krytyczne LC3
[N]
IC2H2
UB
tW-DLC
tCr
[cm3/min
]
[V]
[µm]
EW1s
28
-150
EW1s’
28
-150
Właściwości
powłoki
[µm]
Dla noża
strugarskiego
z HSS
Dla
próbki z
HSS
Dla
próbki
z HM
H
H/E
fs
[GPa]
2,5
0,6
85
78
116
19,3
0,1
0,28
2,5
0,9
98
85
75
19,5
0,110
0,25
Wyniki badań właściwości powłok W-DLC wytworzonych na podłożach
z HSS w eksperymentach weryfikujących – obrót planetarny
Eks.
Obciążenie krytyczne LC3
[N]
Parametry optymalne
IC2H2
UB
tW-DLC
tCr
[cm3/min]
[V]
[µm]
EW1p
28
-150
EW1p’
28
-150
Właściwości powłoki
[µm]
Dla noża
strugarskiego
z HSS
Dla
próbki z
HSS
Dla
próbki z
HM
H
H/E
fs
[GPa]
1,3
0,2
78
80
106
17,8
0,98
0,31
1,3
0,3
88
79
38
17,4
0,1
0,21
Politechnika
Instytut Mechatroniki, Nanotechnologii
Koszalińska
i Techniki Próżniowej
Wyniki
badań
adhezji
powłok
W-DLC
wytworzonych
w
eksperymentach nr 8, EW1s i EW1s’ na nożu strugarskim z HSS
Nr 8
20N
47N
93N
20N
54N
85N
20N
55N
98N
EW1s
EW1s’
Politechnika
Koszalińska
Instytut Mechatroniki, Nanotechnologii
i Techniki Próżniowej
Wyniki badań właściwości powłok W-DLC wytworzonych na podłożach
z HM w eksperymencie weryfikującym EW2 – obrót jednoosiowy
Parametry optymalne
Eks.
EW2
Właściwości
powłoki
Obciążenie krytyczne LC3
[N]
IC2H2
UB
tW-DLC
tCr
[µm]
Dla
próbki z
HM
Dla noża
strugarskiego
z HSS
Dla
próbki z
HSS
[cm3/min]
[V]
[µm]
28
-150
3,5
H
[GPa]
0,3
138
72
65
19,5
H/E
fs
0,110
0,25
Wyniki badań właściwości powłok W-DLC wytworzonych na podłożach
z HM w eksperymencie weryfikującym EW2 – obrót planetarny
Parametry optymalne
Obciążenie krytyczne LC3
Eks.
EW2
Właściwości powłoki
[N]
IC2H2
UB
tW-DLC
tCr
[µm]
Dla
próbki z
HM
Dla noża
strugarskiego
z HSS
Dla
próbki z
HSS
[cm3/min]
[V]
[µm]
28
-150
2,0
H
[GPa]
0,1
154
72
73
16,8
H/E
fs
0,1
0,22
Politechnika
Instytut Mechatroniki, Nanotechnologii
Koszalińska
i Techniki Próżniowej
Wyniki badań adhezji powłok W-DLC wytworzonych w eksperymentach
nr 9 i EW2 na próbkach z węglików spiekanych (HM)
Eksperyment 9
20N
100N
126N
20N
100N
138N
20N
100N
154N
EW2- obrót
jednoosiowy
EW2- obrót
planetarny
Politechnika
Instytut Mechatroniki, Nanotechnologii
Koszalińska
i Techniki Próżniowej
Wpływ grubości i właściwości podwarstwy chromu na adhezję powłok
W-DLC do podłoży ze stali HSS i węglików spiekanych (HM)
W-DLC, 19 GPa
W-DLC, 19 GPa
Cr, 15 GPa
Cr, 15 GPa
tCr > 0,6 µm
tCr > 0,6 µm
Podłoże z HSS, 10 GPa
Podłoże z HM, 22 GPa
Hkomp.> Hpodł.→ Wysokie LC3
Hkomp.< Hpodł.→ Niskie LC3
W-DLC, 19 GPa
W-DLC, 19 GPa
Cr, 15 GPa, tCr < 0,1 µm
Cr, 15 GPa, tCr < 0,1 µm
Podłoże z HSS, 10 GPa
Podłoże z HM, 22 GPa
Hkomp.≥ Hpodł.→ Niskie LC3
Hkomp.≤ Hpodł.→ Wysokie LC3
Politechnika
Koszalińska
Instytut Mechatroniki, Nanotechnologii
i Techniki Próżniowej
Mikrostruktura i właściwości powłok W-DLC o najwyższej adhezji do
noży strugarskich z HSS
W-DLC – 2,4 µm
W(C) – 0,1 µm
Cr - 0,9 µm
Skład chemiczny
Wolfram – 18,6 % at.
Węgiel+Wodór – 77,9 % at.
Tlen - 2,3 % at.
Argon – 1,2 % at.
Właściwości mechaniczne
Twardość (H) – 19,6 GPa
Moduł Younga (E) – 178 GPa
H/E – 0,11
fs – 0,25
Politechnika
Koszalińska
Instytut Mechatroniki, Nanotechnologii
i Techniki Próżniowej
Mikrostruktura i właściwości powłok W-DLC o najwyższej adhezji do
próbek z węglików spiekanych (HM)
Obrót planetarny
Obrót jednoosiowy
W-DLC
1,9 µm
3,3 µm
W(C)
0,1 µm 0,03 µm
Skład chemiczny
Wolfram – 17,4 % at.
Węgiel+Wodór – 78 % at.
Tlen - 3,8 % at.
Argon - 0,8 % at.
Właściwości mechaniczne
Twardość (H) – 18,7 GPa
Moduł Younga (E) – 181 GPa
H/E – 0,1
fs – 0,25
0,3 µm
Cr
0,1 µm
Skład chemiczny
Wolfram – 14,1 % at.
Węgiel+Wodór – 82 % at.
Tlen – 3,0 % at.
Argon - 0,9 % at.
Właściwości mechaniczne
Twardość (H) – 17,6 GPa
Moduł Younga (E) – 176 GPa
H/E – 0,1
fs – 0,22
Politechnika
Koszalińska
Instytut Mechatroniki, Nanotechnologii
i Techniki Próżniowej
Podsumowanie
‰ Zastosowana metoda optymalizacji pozwala na uzyskanie wielu
istotnych
informacji
w
zakresie
wpływu
parametrów
wytwarzania na właściwości powłok W-DLC, przy stosunkowo
niskiej liczbie eksperymentów.
‰ Korzystniejsze właściwości powłok W-DLC uzyskane w
eksperymentach weryfikujących, tzn. przeprowadzonych dla
wyznaczonych lub nieznacznie skorygowanych parametrów
optymalnych, wskazują na przydatność metody Taguchi do
optymalizacji parametrów wytwarzania cienkich powłok.
‰ Analiza wyników badań wskazała na bardzo istotny wpływ
grubości podwarstwy Cr i powłoki W-DLC i na jej adhezję do
zastosowanych podłoży.
‰ Uzyskane wartości adhezji powłok W-DLC do stali szybkotnącej
(LC3 > 90N) i węglików spiekanych (LC3 > 150N) oraz twardość
(~19GPa), wskazują na potencjalne możliwości ich wykorzystania
do pokrywania narzędzi do obróbki drewna.
‰ Na podstawie analizy wyników badań opracowano procedury
wytwarzania powłok W-DLC na nożach strugarskich ze stali
szybkotnącej (HSS) i węglików spiekanych (HM).
Politechnika
Koszalińska
Instytut Mechatroniki, Nanotechnologii
i Techniki Próżniowej
Dziękuję za uwagę