Analiza właściwości tribologicznych nanokompozytowej powłoki TiN/Si3N4 w styku ślizgowym z przeciwelementem ceramicznym, stalowym i polimerowym

In this work, the friction and wear of a hard TiN/Si3N4&enspnanocomposite coating in sliding contact with Al2O3&enspceramic, 100Cr6 steel, and PTFE polymer balls were analysed. The coating was deposited on Vanadis 23 high-speed steel by a new gas pulsed magnetron sputtering technique. Studies of micromechanical properties indicate very high hardness of the coating equal to 49 GPa with simultaneous very good adhesion to the substrate confirmed in the scratch test. Based on the tribological studies in an unlubricated ball-on-disk contact, the coefficient of friction and specific wear index of the coating and balls were determined. In the friction cooperation, the most advantageous pair of coating and counterpart was an association of TiN/Si3N4&enspcoating with a ceramic Al2O3&enspball. In this combination, the wear index of the coating was 5.3·0.04·10-6 mm3/Nm, whereas the value of the wear index of the ball was 0.04·0.04·10-6 mm3/Nm. According to our investigation, this is the best pair among the tested materials that can be used in friction nodes under a high load. The analysis of the wear mechanism for individual pairs was based on microscopic examination of wear tracks.W niniejszej pracy dokonano analizy tarcia i zużycia twardej powłoki nanokompozytowej TiN/Si3N4&ensppodczas współpracy z kulami ceramicznymi Al2O3, stalowymi 100Cr6 i polimerowymi PTFE. Powłoka została osadzona na próbkach z ulepszonej stali szybkotnącej Vanadis 23 metodą rozpylania magnetronowego sterowanego impulsami ciśnienia gazu. Badania właściwości mikromechanicznych wykazały bardzo dużą twardość powłoki wynoszącą 49 GPa i jednocześnie bardzo dobrą adhezję do podłoża potwierdzoną w próbie zarysowania. Na podstawie badań tribologicznych w niesmarowanym styku ślizgowym typu kula/tarcza wyznaczono współczynnik tarcia oraz wskaźnik zużycia objętościowego powłoki i kul. Najkorzystniejsze pod względem odporności na zużycie zarówno powłoki, jak i przeciwelementu było skojarzenie powłoki TiN/Si3N4&enspz kulą Al2O3. W tym skojarzeniu wskaźnik zużycia powłoki był równy 5,3·0.04·10-6 mm3/Nm, a kuli 0,04·0.04·10-6 mm3/Nm. Skojarzenie to jest najlepsze spośród badanych par i może znaleźć zastosowanie do wysoko obciążonych węzłów tarcia. Analizę mechanizmu zużycia dla poszczególnych skojarzeń wykonano w oparciu o badania mikroskopowe śladów zużycia