Optymalizacja właściwości tribologicznych powłok AlCrN osadzanych metodą łukową

The Taguchi method was applied to achieve the optimum anti-wear performance of AlCrN hard coatings deposited by the cathodic arc evaporation technique. Four deposition processes parameters i.e. nitrogen pressure, arc current, bias voltage and substrate temperature with three levels were selected to estimate the influence of each factor on the coatings defects and their mechanical and tribological properties. Based on the statistical analyses, the optimum deposition conditions were determined to manufacture AlCrN coatings with the best tribological behaviour. The results demonstrate that, the nitrogen pressure, arc current and the bias voltage influence the volume wear of the coating to the greatest extent. The results of the study of the surface topography and the mechanical properties of the AlCrN coatings showed that, in order to obtain the greatest resistance to wear, the coating must be sufficiently smooth (with a low number of surface defects), hard and demonstrate a good adhesion to the substrate. The optimum deposition conditions of the AlCrN coatings with the greatest resistance to wear are as follows: the nitrogen pressure 2.6 Pa, arc current 50 A, negative bias voltage 150 V and substrate temperature 465°C.W artykule zaprezentowano wykorzystanie metody Taguchi do optymalizacji odporności przeciwzużyciowej twardych powłok AlCrN wytwarzanych metodą katodowego odparowywania łukowego. Do wyznaczenia wpływu warunków osadzania na zdefektowanie powłok, ich właściwości mechaniczne oraz tribologiczne wytypowano cztery podstawowe parametry procesu osadzania, tj.: ciśnienie azotu, prąd łuku, napięcie polaryzacji i temperaturę podłoża z trzema poziomami wartości. Na podstawie wykonanych analiz statystycznych określono optymalne parametry osadzania umożliwiające wytwarzanie powłok AlCrN o największej odporności na zużycie. Uzyskane wyniki badań wskazują, że spośród analizowanych parametrów procesu osadzania dominujący wpływ na zminimalizowanie zużycia objętościowego wywierają: ciśnienie azotu, prąd łuku, napięcie polaryzacji. Badania topografii powierzchni i właściwości mechanicznych wytworzonych powłok CrAlN wykazały, że dla zapewnienia najwyższej odporności na ścieranie powłoka powinna charakteryzować się wysoką gładkością powierzchni (z niskim udziałem wad powierzchniowych), dostatecznie dużą twardością oraz dobrą przyczepnością do podłoża. Dla osiągnięcia podwyższonej odporności na zużycie dla powłoki AlCrN wyznaczono optymalne warunki osadzania, które powinny być następujące: ciśnienie azotu 2,6 Pa, prąd łuku 50 A, ujemne napięcia polaryzacji 150 V i temperatura podłoża 465°C