Współczesne materiały inżynierskie

„Analiza deformacji i pękania powłok – jednowarstwowych i wielowarstwowych”

Wykonała Grupa P1 w składzie:

Dominik Błasiak Jakub Bochenek Paweł Bołoz Dawid Chołyst Łukasz Ciszewski	Krzysztof Chmura Wojciech Darowski Adam Domiński Kamil Czapla Krystian Dyczkowski	Konrad Drewnowski Przemysław Dudek Damian Grabowski Wojciech Jarecki

1. Cel i opis ćwiczenia

Celem ćwiczenia było zbadanie właściwości mikromechanicznych powłok naniesionych na próbki. Jedna z powłok to 4 mikrometrowa pojedyncza powłoka CrN, zaś druga to powłoka wielowarstwowa 16x(Cr 84 nanometry i CrN 166 nanometórw). Powłoki zostały nałożone techniką rozpylania magnetronowego na stal austenityczną nierdzewną klasy 316l. Do badań użyty został diamentowy wgłębnik kulisty o promieniu 20 mikrometrów. Siły zadane to odpowiednio 100 miliniutonów, 400 miliniutonów oraz 1 niuton. Badanie przeprowadzone zostało przy pomocy urządzenia MCT, który jest przeznaczony do wyznaczania mikromechanicznych właściwości cienkich powłok.

1. Zdjęcia powłok po badaniu

Fot 1. Powłoka Cr-CrN 100[mN]	Fot 2. Powłoka CrN 100[mN]
Fot 3. Powłoka Cr-CrN 400[mN]	Fot 4. Powłoka CrN 400[mN]
Fot 5. Powłoka Cr-CrN 1000[mN]	Fot 6. Powłoka Cr 1000[mN]

1. Zestawienie krzywych identacyjnych

Podczas testu obserwowany był przebieg krzywych indentacyjnych, na których pękanie powłok było widoczne jako nagłe zmiany głębokości penetracji przy obciążeniu prowadzącym do powstawania pęknięcia.

Rys 1. Krzywa indentacyjna Cr-CrN oraz CrN siła 100 [mN]

Rys 2. Krzywa indentacyjna Cr-CrN oraz CrN siła 400 [mN]

Rys 3. Krzywa indentacyjna Cr-CrN oraz CrN siła 1000 [mN]

1. Określenie twardości modułu sprężystości powłok

Cr-CrN 100 mN Hv= 903.07 Vickers H= 8859.1 MPa E= 278.53 GPa	CrN 100 mN Hv= 606.64 Vickers H= 5951.1 MPa E= 160.5 GPa
Cr-CrN 400 mN Hv= 429.01 Vickers H= 4208.6 MPa E= 146.38 GPa	CrN 400 mN Hv= 324.88 Vickers H= 3187.1 MPa E= 96.754 GPa
Cr-CrN 1000 mN Hv= 333.39 Vickers H= 3270.5 MPa E= 128.83 GPa	CrN 1000 mN Hv= 273.14 Vickers H= 2679.5 MPa E= 66.321 GPa

1. Pomiar długości pęknięć

Z otrzymanych zdjęć próbek poddanych obciążeniom możemy stwierdzić

• Przy sile równej 100 mN nie otrzymujemy żadnego śladu na obu próbkach

• W powłoce Cr-CrN po przyłożeniu obciążenia 400 mN pozostał odcisk wgłębnika o średnicy 8,5 µm

• Dla CrN przy 400 mN średnica odcisku wynosząca 15 µm i 3 pęknięcia o długościach 15 µm, 12 µm i 12 µm

• Dla siły 1000 mN dla Cr-CrN średnica pęknięcia 25 µm i 5 pęknięć o długościach 27 µm, 23 µm, 27 µm, 26 µm i 24 µm

• Przy sile 1000 mN dla CrN średnica pęknięcia 21 µm i 5 dodatkowych pęknięć o długościach 23 µm, 26 µm, 30 µm, 28 µm i 25 µm

1. Wnioski

- W przypadku próbki na której nałożono powłokę CrN, głębokość penetracji jest większa o:

- dla 100 mN i 400 mN, większa o ok. 28%

- dla 1000 mN, ok. 24%

- Nałożenie kilku cieńszych powłok z dwóch różnych materiałów, daje znacznie lepsze rezultaty niż nałożenie jednej grubszej powłoki, ponieważ w cieńszych warstwach występują mniejsze naprężenia zginające i tym samym pękanie powłoki jest ograniczone

- Poprzez nałożenie wielu powłok na próbkę uzyskuje się lepsze właściwości tribologiczne i mechaniczne