Supertwarde warstwy W-B i W-Ti-B osadzane z tarcz spiekanych metodą SPS. Super-hard films W-B and W-Ti-B deposited from targets sintered by SPS method.
Journal Title: Obróbka Plastyczna Metali - Year 2019, Vol 30, Issue 2
Abstract
Z rosnącym zapotrzebowaniem na niezawodne, a jednocześnie zapewniające dużą wydajność, narzędzia do skrawania i obróbki plastycznej, coraz większego znaczenia nabiera rozszerzająca się grupa supertwardych ceramik przewodzących prąd. Materiały te dobrze rokują w związku z rozwiązaniem problemów tradycyjnych materiałów narzędziowych, których niedoskonałości obejmują wysoką cenę (azotek krzemu, azotek boru), niezdolność do cięcia stopów żelaza w wyniku reakcji chemicznych (diament), niestabilność w obecności wilgoci (azotek boru) i względnie małą twardość (węglik wolframu). Również rosnący popyt na powłoki ochronne o wysokiej twardości, o dobrych właściwościach sprężystych i stabilności termicznej powoduje, że badania nad nowymi systemami materiałowymi prowadzone są coraz intensywniej. Pomimo że azotki metali przejściowych są już z powodzeniem stosowane do różnych zadań w przemyśle samochodowym i lotniczym, poszukiwanie ulepszonych materiałów jest tematem wciąż aktualnym. W pracy przedstawiono badania nad osadzaniem cienkich powłok z nowych supertwardych materiałów (SHM), którymi są borki wolframu. Dodatkowo zbadano wpływ domieszkowania tych materiałów tytanem. Warstwy osadzane były metodą ablacji laserowej PLD. Tarcze do osadzania zsyntetyzowane zostały metodą spiekania plazmowego SPS proszków boru i wolframu o stosunku atomów 4,5 do 1. Osadzane z użyciem lasera warstwy mają skład stechiometryczny podobny do użytych tarcz. W warstwach tych dominuje faza WB3. Badania przeprowadzone z użyciem SEM, XRD i nanoindentacji wykazały, że skład fazowy tarcz jest odwzorowany w warstwach osadzonych laserem. Wszystkie uzyskane warstwy są bardzo twarde i stabilne termicznie. Warstwy osadzane laserem odznaczają się dużą chropowatością. Domieszkowanie tytanem zwiększa ilość fazy WB3 w spiekanych tarczach i osadzanych warstwach oraz zmniejsza ilość i wielkość naniesionych na powierzchnię cząstek. With increasing demand for high-performance and long-lasting cutting and forming tools, the members of this expanding class of superhard metals hold promise to address the shortcomings of traditional tool materials. Those shortcoming include their high cost (silicon nitride, cubic boron nitride, and diamond), their inability to cut ferrous metals due to chemical reactions (diamond), instability in the presence of humidity (cubic boron nitride) and relatively low hardness (tungsten carb ide). Also the increasing industrial demand for protective coatings with high hardness, good elastic properties and thermal stability calls for the investigation of new material systems. Although transition metal (TM) nitrides are successfully applied for different tasks in automotive or aerospace industries, the search for mproved materials is an ongoing topic, being far from its end. In this work the study on deposition of thin films made of new super-hard materials (SHM) such as tungsten boride are presented. Additionally, the influence of doping by titanium of those materials is investigated. Investigated films were deposited by the pulsed laser deposition method. The used targets were synthetized by SPS method. The powders of boron and tungsten in 4.5 to 1 molar faction were used. The films deposited by PLD method have stoichiometric composition such as used targets. The WB2 and WB3phase are dominant. Research carried out using SEM, XRD and anoindentation test showed that the phase composition of the targets is more important in the case of laser deposition than magnetron. All obtained layers are very hard and thermally stable. In the case of magnetron sputtering, smooth layers were obtained while the layers deposited by the laser have a very high roughness. Titanium doping increases the amount of WB3 phase in the sintered discs, while it has no significant effect on the properties of the deposited layers.
Authors and Affiliations
Rafał Andrzej Psiuk, Hanna Słomińska, Jacek Hoffman, Tomasz Mościcki
Keywords
Related Articles
- EP ID EP606863
- DOI -
- Views 38
- Downloads 0
Wpływ walcowania asymetrycznego na zimno na strukturę i właściwości mechaniczne taśmy ze stali S235. Effect of cold asymmetric rolling on the structure and mechanical properties of S235 steel strip
W artykule opisano badania walcowania na zimno metodą ASR (asymmetric rolling – walcowanie asymetryczne) stali konstrukcyjnej S235 stosowanej w budowie maszyn. Płaskowniki ze stali S235 znajdują zastosowanie m.in. przy p...
Modelowanie jako narzędzie do zrozumienia i udoskonalenia techniki iskrowego spiekania plazmowego. Modeling as a tool for understanding and improvement of Spark Plasma Sintering technique.
Iskrowe spiekanie plazmowe (SPS) jest nowoczesną metodą prasowania na gorąco bazującą na szybkim nagrzewaniu oporowym. Aktualnie SPS znajduje się w fazie przejściowej pomiędzy pracami badawczo-rozwojowymi a produkcją mas...
Warstwowe kompozyty Ti/Al/Ti otrzymane metodą dyfuzyjnego łączenia. Layered composites of Al-Ti alloy fabricated by diffusion bonding
Aluminium często jest używane do projektowania kompozytów warstwowych. Stosowane są wyroby z aluminium w postaci blach, czy też w postaci materiału typu „plaster miodu”. Do wytwarzania płaskich wyrobów warstwowych stosuj...
Możliwości łączenia cienkich blach ze stopów Al, Mg oraz tytanu GRADE 3 w procesie FSW. Possibility of joining thin sheets of Al, Mg alloys and Ti GRADE 3 in FSW process
Procesy oparte na łączeniu materiałów w stanie stałym stanowią skuteczne rozwiązanie pod względem aspektów wytrzymałościowych i trwałości wykonanego elementu. W ostatnich latach nastąpiło duże zainteresowanie środowisk n...
Możliwości wykorzystania materiału ceramicznego na narzędzia do realizacji procesu zgrzewania tarciowego z przemieszaniem cienkich blach tytanowych. Possibilities of using ceramic material for tools to carry out the friction welding process of thin titanium sheets.
Tytan oraz jego stopy charakteryzują się małą gęstością, dużą opornością na wysoką temperaturę i korozję. Stopy tytanu mogą być spawane wiązką elektronów lub metodą TIG, ale wymagane jest stosowanie gazów osłonowych oraz...