Czasopismo | INŻYNIERIA MATERIAŁOWA | Rocznik 2019 - zeszyt 1

The influence of total gas pressure and atmosphere composition during ion cleaning step on S-phase coating formation

Wpływ całkowitego ciśnienia gazu i składu atmosfery w oczyszczaniu jonowym na tworzenie powłok z fazy S

10.15199/28.2019.1.1

nr katalogowy: 118941
10.15199/28.2019.1.1

Streszczenie

Various ion sputtering parameters were applied prior to the deposition of S phase coatings in order to determine their effect on the efficiency of cleaning an austenitic steel surface. For this purpose, two types of atmospheres were used (100% Ar and 5% Ar + 95% H2) at two different pressures (1.33 Pa and 2.67 Pa). In addition, substrates with two different initial states — without polishing and with polishing — were investigated. The thickness of the diffusion layer, obtained in the austenitic substrate after depositing an S-phase coating by magnetron sputtering, was used as a measure of the surface cleaning effectiveness (passive oxide layer removal). The research showed that all the considered parameters had a significant effect on the effectiveness of the cleaning treatment. It was found that the initial state of the substrate has an influence on the thickness of the diffusion layers, with thicker layers obtained on nonpolished substrates. The total gas pressure affects the substrate cleaning effectiveness in different ways depending on the gas composition used. It is possible that a physical sputtering mechanism occurs in the case of argon and a chemical reduction mechanism in the case of hydrogen. In addition, it was found that the degree of surface cleaning determines the texture of the S phase coatings.

Abstract

Faza S, uznawana za przesycony roztwór azotu w austenicie, może być otrzymywana nie tylko wskutek konwencjonalnego azotowania, lecz także metodą reaktywnego rozpylania magnetronowego stali austenitycznej w atmosferze azotu. Wytworzenie takiej powłoki na stali austenitycznej poprawia jej twardość i odporność na zużycie tribologiczne. Przed procesem napylania stosuje się zwykle oczyszczanie jonowe, które w przypadku stali austenitycznej może prowadzić do usunięcia warstwy pasywnej tlenków. W ten sposób jest możliwe powstanie warstwy dyfuzyjnej w podłożu w efekcie dyfuzji azotu z powłoki do podłoża. Stanowi ona gradientową międzywarstwę potencjalnie korzystną z punktu widzenia poprawy adhezji. Celem pracy było zbadanie wpływu parametrów oczyszczania jonowego stosowanego przed reaktywnym osadzaniem powłok z fazy S na wytworzenie warstwy dyfuzyjnej w podłożu ze stali austenitycznej.

Słowa kluczowe

Keywords

Bibliografia

[1] Somers M. A. J., Christiansen T. L.: 14 — Low temperature surface hardening of stainless steel. In: Mittemeijer E. J., Somers M. A. J. (eds) Thermochemical Surface Engineering of Steels. Woodhead Publishing, Oxford (2015) 557÷579.
[2] Baranowska J., Fryska S,. Przekop J., Suszko T.: The properties of hard coating composed of S-phase obtained by PVD method. Advances in Manufacturing Science and Technology 33 (2009) 59÷69.
[3] Dahm K. L., Dearnley P. A.: S-phase coatings produced by unbalanced magnetron sputtering. Surface Engineering 12 (1996) 61÷67.
[4] Miernik K.: Działanie i budowa magnetronowych urządzeń rozpylających. Instytut Technologii Eksploatacji, Radom (1997).
[5] Baranowska J., Fryska S., Suszko T.: The influence of temperature and nitrogen pressure on S-phase coatings deposition by reactive magnetron sputtering. Vacuum 90 (2013) 160÷164.
[6] Fryska S., Baranowska J.: Microstructure of reactive magnetron sputtered S-phase coatings with a diffusion sub-layer. Vacuum 142 (2017) 72÷80.
[7] Yang W. J., Zhang M., Zhao Y. H., Shen M. L.: Enhancement of mechanical property and corrosion resistance of 316L stainless steels by low temperature arc plasma nitriding. Surface and Coatings Technology 298 (2016) 64÷72.
[8] Saker A., Leroy C., Michel H., Frantz C.: Properties of sputtered stainless steel-nitrogen coatings and structural analogy with low temperature plasma nitrided layers of austenitic steels. Materials Science and Engineering A 140 (1991) 702÷708.
[9] Christiansen T., Dahl K. V., Somers M. A. J.: Nitrogen diffusion and nitrogen depth profiles in expanded austenite: experimental assessment, numerical simulation and role of stress. Materials Science and Technology 24 (2008) 159÷167.
[10] Baranowska J., Kochmański P.: Rola aktywacji powierzchni w azotowaniu stali odpornych na korozję. XVIII Seminarium “Nowoczesne Trendy w Obróbce Cieplnej", Zbąszyń 16÷17 września (2015) 69÷75.
[11] Baranowska J.: Niskotemperaturowe azotowanie stali austenitycznej. Prace Naukowe Politechniki Szczecińskiej. Instytut Inżynierii Materiałowej, Szczecin (2007).
[12] Thornton J. A.: The microstructure of sputter‐deposited coatings. Journal of Vacuum Science & Technology A 4 (1986) 3059÷3065.
[13] Möller W., Parascandola S., Telbizova T., Günzel R., Richter E.: Surface processes and diffusion mechanisms of ion nitriding of stainless steel and aluminium. Surface and Coatings Technology 136 (2001) 73÷79.
[14] Rives-Gabet C.: Étude de l’oxydation en phase gazeuse Ar-O2-H2 de l’Inconel 690, à basse pression et en condition de post-décharge en flux: évaluation comparée du traitement vis-à-vis de la corrosion généralisée de l’alliage en eau pressurisée à 320°C. PhD Thesis, Institute National Polytechnìque de Lorraine, Nancy (2001).

Jeśli masz wykupiony/przyznany dostęp - zaloguj się. Skorzystaj z naszych propozycji zakupu!

Publikacja


e-Publikacja (format pdf) - nr 118941 "The influence of total ga..." licencja: Osobista Produkt cyfrowy	10.00 zł

Zeszyt


INŻYNIERIA MATERIAŁOWA - e-zeszyt (pdf) 2019-1 licencja: Osobista Produkt cyfrowy	65.00 zł

Prenumerata

INŻYNIERIA MATERIAŁOWA - prenumerata cyfrowa
licencja: Osobista

Produkt cyfrowy
Nowość

402.00 zł

INŻYNIERIA MATERIAŁOWA - papierowa prenumerata roczna + wysyłka
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
INŻYNIERIA MATERIAŁOWA - papierowa prenumerata roczna	492.00 zł brutto 455.56 zł netto 36.44 zł VAT (stawka VAT 8%)
INŻYNIERIA MATERIAŁOWA - pakowanie i wysyłka	21.00 zł brutto 17.07 zł netto 3.93 zł VAT (stawka VAT 23%)

513.00 zł

INŻYNIERIA MATERIAŁOWA - PAKIET prenumerata PLUS
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
INŻYNIERIA MATERIAŁOWA - PAKIET prenumerata PLUS (Prenumerata papierowa + dostęp do portalu sigma-not.pl + e-prenumerata)	600.00 zł brutto 555.56 zł netto 44.44 zł VAT (stawka VAT 8%)

600.00 zł

Zeszyt

2019-1

Twój Koszyk

Publikacja

Zeszyt

Prenumerata

Zeszyt

Czasopisma