Właściwości i aplikacje powłok węglikowo-ceramicznych nanoszonych

Podobne dokumenty
82 Powłoki węglikowo - ceramiczne - wytwarzanie, własności i aplikacje

WYTWARZANIE I WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE PRZECIWZUŻYCIOWYCH POWŁOK WC-Cu NANOSZONYCH OBRÓBKĄ ELEKTROISKROWĄ

WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE POWŁOK WĘGLIKOWO-CERAMICZNYCH NANOSZONYCH OBRÓBKĄ ELEKTROISKROWĄ

LOGITRANS - VII KONFERENCJA NAUKOWO-TECHNICZNA LOGISTYKA, SYSTEMY TRANSPORTOWE, BEZPIECZEŃSTWO W TRANSPORCIE

Radek N.,* Szalapko J.** *Politechnika Świętokrzyska, Kielce, Polska **Khmelnitckij Uniwersytet Narodowy, Khmelnitckij, Ukraina

38 Wpływ obróbki laserowej na własności tribologiczne i mikrostrukturę powłok węglikowo-ceramicznych nanoszonych

Norbert Radek, Bogdan Antoszewski *

WYTWARZANIE POWIERZCHNI NIEJEDNORODNYCH TECHNOLOGIĄ ELEKTROISKROWĄ I LASEROWĄ

WŁASNOŚCI TRIBOLOGICZNE POWŁOK STELLITOWYCH NANOSZONYCH ELEKTROISKROWO

Promotor: prof. nadzw. dr hab. Jerzy Ratajski. Jarosław Rochowicz. Wydział Mechaniczny Politechnika Koszalińska

OBRÓBKA LASEROWA POWŁOK MOLIBDENOWYCH NANOSZONYCH OBRÓBKĄ ELEKTROISKROWĄ

WPŁYW ODKSZTAŁCENIA WZGLĘDNEGO NA WSKAŹNIK ZMNIEJSZENIA CHROPOWATOŚCI I STOPIEŃ UMOCNIENIA WARSTWY POWIERZCHNIOWEJ PO OBRÓBCE NAGNIATANEM

L a b o r a t o r i u m ( h a l a 2 0 Z O S )

L a b o r a t o r i u m ( h a l a 2 0 Z O S )

Wpływ temperatury podłoża na właściwości powłok DLC osadzanych metodą rozpylania katod grafitowych łukiem impulsowym

Politechnika Politechnika Koszalińska

5. ZUŻYCIE NARZĘDZI SKRAWAJĄCYCH. 5.1 Cel ćwiczenia. 5.2 Wprowadzenie

Zadania badawcze realizowane na Wydziale Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej

ZASTOSOWANIE NAŚWIETLANIA LASEROWEGO DO BLOKADY PROPAGACJI PĘKNIĘĆ ZMĘCZENIOWYCH

ZAAWANSOWANE TECHNIKI WYTWARZANIA W MECHATRONICE

ZNACZENIE POWŁOKI W INŻYNIERII POWIERZCHNI

L a b o r a t o r i u m ( h a l a 2 0 Z O S )

ODPORNOŚĆ M9315 M9325 M9340 P M NOWE MATERIAŁY SKRAWAJĄCE DO FREZOWANIA SERIA M9300.

WŁASNOŚCI TRIBOLOGICZNE NATRYSKANYCH NADDŹWIĘKOWO POWŁOK WĘGLIKOWYCH MODYFIKOWANYCH OBRÓBKĄ ELEKTROEROZYJNĄ

PRZECIWZUŻYCIOWE POWŁOKI CERAMICZNO-METALOWE NANOSZONE NA ELEMENT SILNIKÓW SPALINOWYCH

T E C H N I K I L AS E R OWE W I N Ż Y N I E R I I W Y T W AR Z AN IA

5. Podsumowanie i wnioski

PODSTAWY SKRAWANIA MATERIAŁÓW KONSTRUKCYJNYCH

MATERIAŁY SUPERTWARDE

WPŁYW PROCESU TARCIA NA ZMIANĘ MIKROTWARDOŚCI WARSTWY WIERZCHNIEJ MATERIAŁÓW POLIMEROWYCH

STRUKTURA GEOMETRYCZNA POWIERZCHNI KOMPOZYTÓW ODLEWNICZYCH TYPU FeAl-Al 2 O 3 PO PRÓBACH TARCIA

PL B1. Politechnika Świętokrzyska,Kielce,PL BUP 10/08. Wojciech Depczyński,Jasło,PL Norbert Radek,Górno,PL

Laboratorium badań materiałowych i technologicznych. dr inż. Tomasz Kurzynowski

WARSTWY WĘGLIKOWE WYTWARZANE W PROCESIE CHROMOWANIA PRÓŻNIOWEGO NA POWIERZCHNI STALI POKRYTEJ STOPAMI NIKLU Z PIERWIASTKAMI WĘGLIKOTWÓRCZYMI

ZAAWANSOWANE TECHNIKI WYTWARZANIA W MECHATRONICE

Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny INSTYTUT INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ ZAKŁAD METALOZNAWSTWA I ODLEWNICTWA

IV Ogólnopolska Konferencja Naukowo-Techniczna Problematyka funkcjonowania i rozwoju branży metalowej w Polsce

43 edycja SIM Paulina Koszla

Budowa i zastosowanie narzędzi frezarskich do obróbki CNC.

Do najbardziej rozpowszechnionych metod dynamicznych należą:

Politechnika Koszalińska. ska. Politechnika Koszalińska. Mechatroniki, Instytut Mechatroniki, Nanotechnologii Instytut

OCENA WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNYCH ORAZ STRUKTURY GEOMETRYCZNEJ POWŁOK ELEKTROISKROWYCH WC-Cu MODYFIKOWANYCH LASEROWO

ĆWICZENIE NR 9. Zakład Budownictwa Ogólnego. Stal - pomiar twardości metali metodą Brinella

OTRZYMYWANIE KOMPOZYTÓW METALOWO-CERAMICZNYCH METODAMI PLAZMOWYMI

TECHNOLOGIA NAKŁADANIA WARSTW KOMPOZYTOWYCH METODĄ ELEKTROISKROWĄ

... Definicja procesu spawania łukowego ręcznego elektrodą otuloną (MMA):... Definicja - spawalniczy łuk elektryczny:...

Karta (sylabus) przedmiotu

L a b o r a t o r i u m ( h a l a 2 0 Z O S )

TRANSCOMP XIV INTERNATIONAL CONFERENCE COMPUTER SYSTEMS AIDED SCIENCE, INDUSTRY AND TRANSPORT

T E ND ENCJE W T E CHNI K ACH K S Z T AŁTUJ ĄCY CH

FREZOWANIE POWIERZCHNII NAPAWANYCH LASEROWO. Streszczenie MILLING OF LASER-HARDFACED SURFACES. Abstract

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 197

OCENA WYKORZYSTANIA CIEPŁA WEWNĘTRZNEGO ŁUKU ELEKTRYCZNEGO DO HARTOWANIA POWIERZCHNIOWEGO STALI

Nazwa przedmiotu INSTRUMENTARIUM BADAWCZE W INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ Instrumentation of research in material engineering

PROCEDURY POMIARÓW PARAMETRÓW KONSTRUKCYJNYCH, MATERIAŁOWYCH KOMBAJNOWYCH NOŻY STYCZNO-OBROTOWYCH

Mikrostruktura i właściwości natryskiwanych naddźwiękowo powłok WC-12Co po obróbce elektroiskrowej

(12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego:

Ćwiczenie 5 POMIARY TWARDOŚCI. 1. Cel ćwiczenia. 2. Wprowadzenie

PRÓBA WYKONANIA OSTRZY DŁUTAKA MODUŁOWEGO METODĄ WYCINANIA ELEKTROEROZYJNEGO

PROCEDURY POMIARÓW PARAMETRÓW KONSTRUKCYJNYCH, MATERIAŁOWYCH I SZYBKOŚCI ZUśYCIA KOMBAJNOWYCH NOśY STYCZNO-OBROTOWYCH

... Definicja procesu spawania gazowego:... Definicja procesu napawania:... C D

Temat: NAROST NA OSTRZU NARZĘDZIA

POLITECHNIKA CZĘSTOCHOWSKA

OCENA JAKOŚCI POWŁOK GALWANICZNYCH Cr/Ni

TECHNOLOGIE ZABEZPIECZANIA POWIERZCHNI Technologies for protecting the surface Kod przedmiotu: IM.D1F.45

PL B1. Elektrolityczna, nanostrukturalna powłoka kompozytowa o małym współczynniku tarcia, zużyciu ściernym i korozji

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 342

WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE WARSTW HYBRYDOWYCH TYPU CRC+CRN WYTWARZANYCH PRZEZ POŁĄCZENIE PROCESU CHROMOWANIA PRÓŻNIOWEGO Z OBRÓBKĄ PVD

Numeryczna symulacja przepływu wodnej emulsji olejowej Wyniki symulacji numerycznych Model matematyczny opisujący

Powłoki intermetaliczne otrzymywane w procesie przetapiania i stopowania

L a b o r a t o r i u m ( h a l a 2 0 Z O S ) mgr inż. Martyna Wiciak pok. 605, tel

Spis treści. Wykaz ważniejszych symboli i akronimów... 11

A. PATEJUK 1 Instytut Materiałoznawstwa i Mechaniki Technicznej WAT Warszawa ul. S. Kaliskiego 2, Warszawa

Rajmund Rytlewski, dr inż.

WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE POWŁOK ELEKTROLITYCZNYCH ZE STOPÓW NIKLU PO OBRÓBCE CIEPLNEJ

Karta (sylabus) przedmiotu

OCENA WPŁYWU PARAMETRÓW NADTAPIANIA LASEROWEGO W WARUNKACH KRIOGENICZNYCH NA STRUKTURĘ WARSTWY WIERZCHNIEJ NA STOPIE Ti-6Al-4V

Tematy prac dyplomowych inżynierskich kierunek MiBM

Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny INSTYTUT INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ Zakład Metaloznawstwa i Odlewnictwa

L a b o r a t o r i u m ( h a l a 2 0 Z O S )

1. Charakterystyka rozprawy

1. Klasyfikacja narzędzi. Mechanizmy zużycia i Wymagania stawiane narzędziom

Schemat obróbki nożami tokarskimi. Oznaczenia noży tokarskich wg ISO, PN, DIN, F, Gost. ISO 2 NNZc-d Nóż wygięty ISO 243 ISO 514.

WSZECHSTRONNOŚĆ T9315 T9325 NOWE GATUNKI DO TOCZENIA SERIA T9300 Z POWŁOKAMI MT-CVD.

T E N D E N C J E W K S Z T A Ł T O W A N I U U B Y T K O W Y M W Y R O B Ó W

MATERIAŁ ELWOM 25. Mikrostruktura kompozytu W-Cu25: ciemne obszary miedzi na tle jasnego szkieletu wolframowego; pow. 250x.

ROZKŁAD TWARDOŚCI I MIKROTWARDOŚCI OSNOWY ŻELIWA CHROMOWEGO ODPORNEGO NA ŚCIERANIE NA PRZEKROJU MODELOWEGO ODLEWU

LOGITRANS - VII KONFERENCJA NAUKOWO-TECHNICZNA LOGISTYKA, SYSTEMY TRANSPORTOWE, BEZPIECZEŃSTWO W TRANSPORCIE

WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE WARSTWY POWIERZCHNIOWEJ CRN W WARUNKACH TARCIA MIESZANEGO

POLITECHNIKA OPOLSKA WYDZIAŁ BUDOWNICTWA Katedra Inżynierii Materiałów Budowlanych Laboratorium Materiałów Budowlanych. Raport LMB 326/2012

WPŁYW RODZAJU MASY OSŁANIAJĄCEJ NA STRUKTURĘ, WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE I ODLEWNICZE STOPU Remanium CSe

KSZTAŁTOWANIE STRUKTURY I WŁAŚCIWOŚCI POWŁOK WĘGLIKOWYCH Cr 3

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

BADANIE WŁASNOŚCI MECHANICZNYCH POWŁOKI POLIMEROWEJ NA PODŁOŻU ZE STOPU Ti6Al7Nb

Badanie dylatometryczne żeliwa w zakresie przemian fazowych zachodzących w stanie stałym

Powłoki wielowarstwowe 5*(Cu/Ni) nakładane metodą tamponową

MATERIAŁY SUPERTWARDE. rodzaje materiałów supertwardych, proces technologiczny materiałów spiekanych, zastosowanie,

LABORATORIUM NAUKI O MATERIAŁACH

TERMOFORMOWANIE OTWORÓW

P R O C E S Y I T E C H N I K I P R O D U K C Y J N E O B R Ó B K A S K R A W A N I E M

Transkrypt:

MECHANIK NR 4/2015 163 Właściwości i aplikacje powłok węglikowo-ceramicznych nanoszonych elektroerozyjnie Properties and applications of the electro-spark deposited tungsten carbideceramic coatings NORBERT RADEK 1 KRZYSZTOF ANTOSZEWSKI 2 IZABELA PLISZKA 3 JURJI SHALAPKO 4 W artykule przedstawiono wyniki badań właściwości powłok nanoszonych elektroiskrowo. Ocenę właściwości przeprowadzono na podstawie obserwacji mikrostruktury i składu fazowego, pomiarów przyczepności chropowatości i mikrotwardości oraz badań aplikacyjnych. Badania przeprowadzono wykorzystując elektrody WC-Co-Al 2O 3, które zostały wytworzone poprzez spiekanie nanostrukturalnych proszków. Przeciwzużyciowe powłoki zostały naniesione elektroiskrowo na próbki ze stali C45 za pomocą urządzenia EIL-8A. Ze względu na swoje właściwości powłoki tego typu mogą być stosowane w ślizgowych węzłach tarcia oraz jako powłoki ochronne. SŁOWA KLUCZOWE: obróbka elektroiskrowa, powłoka, własności The paper is concerned with the performance properties of electro-spark deposited coatings. The properties were assessed by analyzing the coating microstructure, X-ray diffraction, bonding strength, roughness, microhardness, and application tests. The studies were conducted using WC-Co-Al 2O 3 electrodes produced by sintering nanostructural powders. The anti-wear coatings were electro-spark deposited over C45 carbon steel by means of an EIL-8A. These coatings are likely to be applied in sliding friction pairs and as protective coatings. KEYWORDS: electro-spark deposition, coating, properties 1 dr hab. inż. Norbert Radek (norrad@tu.kielce.pl) 2 mgr inż. Krzysztof Antoszewski (ktrka@tu.kielce.pl) 3 mgr inż. Izabela Pliszka (izabelka.luiza@interia.pl) 4 dr hab. inż. Jurji Shalapko (shalapko@yahoo.com) Węgliki spiekane są to cermetale składające się w 70 96% z węglików metali trudnotopliwych (np. wolframu, tantalu, niobu) oraz osnowy wiążącej, która jest zwykle kobalt, czasami molibden, nikiel, a niekiedy żelazo. Węgliki spiekane obecnie są bardzo popularne jako materiał do wytwarzania ostrz skrawających, szczególnie w operacjach toczenia i frezowania [1]. Zastosowanie ceramicznych materiałów narzędziowych w porównaniu do węglików spiekanych jest niewielkie, ale ciągle wykazuje dynamikę wzrostu. Według szacunków około 5% ostrzy narzędzi skrawających wykonuje się z tej grupy materiałów. Do najbardziej popularnych materiałów służących do wytwarzania ceramicznych materiałów narzędziowych możemy zaliczyć [2]: jednofazowy tlenek glinu Al 2O 3, azotek krzemu Si 3N 4, wielofazowe mieszaniny Al 2O 3 i Si 3N 4 z twardymi węglikami, azotkami i tlenkami. Dość interesująco przedstawia się możliwość wytwarzania obróbką elektroerozyjną przeciwzużyciowych powłok węglikowo-ceramicznych, elektrodami wykonanymi metodami metalurgii proszków [3]. Supertwarde powłoki mogą być nanoszone na ostrza skrawające narzędzi, takich jak np. noże tokarskie, frezy, dłutaki czy gwintowniki. Przypuszcza się, że w/w powłoki mogą być z powodzeniem stosowane na elementach maszyn, które pracują w ekstremalnych warunkach np. intensywne zużycie ścierne, obciążenia udarowe. Dodatkową zaletą zachęcającą do stosowania super twardych powłok elektroerozyjnych jest wątek ekologiczny. Obróbkę elektroerozyjną cechuje brak szkodliwych oddziaływań na środowisko.

164 MECHANIK NR 4/2015 Proces osadzania elektroerozyjnego charakteryzują wyładowania impulsowe generowane pomiędzy elektrodą i podłożem [4 6]. Podczas obróbki elektroerozyjnej następuje jonizacja powietrza do obszarów wysokotemperaturowych i wysokociśnieniowych pól, w efekcie czego następuje tworzenie się stopu. Stopowanie elektroerozyjne jest technologią obróbki powierzchniowej i cechuje się intensywnym dopływem ciepła i bardzo wąską strefą wpływu ciepła (SWC), również przy nakładaniu powłok z trudnotopliwych kompozytów [7 9]. W ramach aktualnie realizowanych badań odniesiono się do obserwacji mikrostruktury i analizy składu fazowego, pomiarów przyczepności, chropowatości i mikrotwardości oraz badań aplikacyjnych powłok węglikowo-ceramicznych. Materiały i parametry obróbki Przedmiotem badań były powłoki nakładane elektrodami WC-Co-Al 2O 3 (85% WC, 10% Co oraz 5% Al 2O 3) o przekroju 4 mm x 6 mm metodą elektroerozyjną na próbki wykonane ze stali C45 (chropowatość Ra = 0,42 0,44 µm). Powłoki nanoszono w osłonie argonu. Charakterystykę proszków stosowanych do wytworzenia elektrod przedstawiono w tabeli 1. Proces wytwarzania elektrod polegał na mieszaniu nanoproszków WC, Co, Al 2O 3 w odpowiednich proporcjach w mieszalniku Turbula T2C, przez 30 minut. Następnie przygotowano 12 g odważki wymieszanych proszków, które wsypano do otworów grafitowej matrycy. Mieszanki prasowano na gorąco (przepuszczając stały prąd przez grafitową matrycę), wytrzymując proszek przez 3 minuty, w temperaturze 950 C, pod ciśnieniem 40 MPa. Do nanoszenia powłok elektroerozyjnych użyto urządzenie produkcji ukraińskiej, model EIL-8A. Opierając się na zdobytych doświadczeniach własnych przyjęto następujące parametry nanoszenia powłok elektroerozyjnych: napięcie U = 230 V, pojemność kondensatorów C = 150 µf, natężenie prądu I = 2,4 A, czas ekspozycji τ = 2 min/cm 2. Tab. 1. Proszki stosowane do wytworzenia elektrod Proszek Gatunek Wielkość cząstek Obserwacje mikrostruktury (rys. 1) powłok WC-Co-Al 2O 3 wykazały występowanie niekorzystnych zjawisk w postaci porów i mikropęknięć oraz nierównomierną grubość. Jedną z przyczyn uzyskania nierównomiernej grubości powłok było zastosowanie do ich nanoszenia urządzenia o ręcznym posuwie elektrody. Ponadto efekt ten można rozpatrywać od fizycznej strony przebiegu wyładowania elektrycznego między elektrodami. Energia dostarczana w impulsie elektrodom powoduje erozję anody (erody) jak i również katody (materiału podłoża). Powłokę tworzy nie tylko stopiony materiał erody, ale również stopiony materiał podłoża w efekcie czego tworzy się tzw. strefa przejściowa. Przeprowadzona analiza punktowa w górnej części powłok (rys. 2) pokazała dużą intensywność pików pierwiastków wchodzących w skład zastosowanych elektrod. W przypadku powłoki WC-Co-Al 2O 3 zawartość W wyniosła około 57,77% at. oraz 39,59% at. C. Ponadto stwierdzono obecność Al (około 1,19% at.) oraz Co (około 1,33% at.). Rys. 1. Mikrostruktura powłoki WC-Co-Al 2 O 3 Co Extrafine 0,4 µm (1) WC Superfine 0,2 µm (1) Al 2O 3 101B-NS -22 +45 µm (2) (1) średnia wielkość cząstek zmierzona aparatem Fishera (2) określona metodą analizy sitowej Analiza wyników badań Badania morfologii powłok Do badań mikrostruktury wykorzystano wysokorozdzielczy skaningowy mikroskop Quanta 3D FEG (SEM/FIB), który wyposażony jest między innymi w zintegrowany systemem EDS/WDS/EBSD. Rys. 2. Spektrum EDS powłoki WC-Co-Al 2 O 3 Analizę składu fazowego badanych powłok dokonano metodą dyfrakcji rentgenowskiej przy wykorzystaniu urządzenia Philips PW 1830. Stosowano filtrowane promieniowanie Kα lampy o anodzie Cu zasilanej napięciem 40 kw przy natężeniu prądu 30 ma. Badania wykonano dla kąta 2θ w zakresie od 30 do 60 i szybkości skanowania 0,05 /3 sekundy. Na przykładowej fotografii (rys. 1) przedstawiono przykładowy widok mikrostruktury powłoki WC-Co-Al 2O 3 stopowanej elektroerozyjnie. W oparciu o uzyskane wyniki stwierdzono, że maksymalna grubość powłoki wyniosła 64 µm, natomiast minimalna grubość około 34 µm, natomiast zasięg strefy wpływu ciepła (SWC) w głąb materiału podłoża ok. 23 31 µm.

MECHANIK NR 4/2015 165 Rys. 4. Widok 3D rysy po teście zarysowania - powłoka WC-Co-Al 2 O 3 Pomiary chropowatości i mikrotwardości Rys. 3. Obraz dyfrakcyjny powłoki WC-Co-Al 2O 3 Po przeprowadzeniu analizy składu fazowego powłoki WC-Co-Al 2O 3 (rys. 3) okazało się, że warstwa wierzchnia powłoki składała się głównie z fazy W 2C oraz małej domieszki WC, Co 2C i Al 2O 3. Najbardziej intensywne piki pochodziły od fazy W 2C. Pomiary przyczepności Pomiary przyczepności i oznaczenie innych symptomów uszkodzenia mechanicznego powłok WC-Co-Al 2O 3 wykonano zgodnie z normą [10]. Badania wykonano przy narastającej sile obciążającej od 0 200 N i przy następujących parametrach pracy: szybkość wzrostu obciążenia - 39,8 N/min; prędkość przesuwu stolika z próbką - 1 mm/min; długość rysy - 5 mm; stożek diamentowy Rockwella o promieniu zaokrąglenia - 200 µm. Test zarysowania polegał na wykonaniu rysy za pomocą odpowiednio dobranego penetratora (w tym przypadku stożek diamentowy - Rockwella) przy stopniowym wzroście siły normalnej (obciążającej ten penetrator) z jednoczesnym pomiarem siły oporu stawianego przez materiał (siły stycznej) i rejestracji sygnałów emisji akustycznej informujących o powstawaniu uszkodzeń warstwy w postaci pęknięć lub złuszczeń warstwy. Najmniejsza siła normalna powodująca utratę adhezji powłoki z podłożem, określana jest mianem siły krytycznej i jest przyjmowana za miarę tej adhezji. Do oceny wartości siły krytycznej służy zapis zmian sygnałów emisji akustycznej i siły stycznej oraz obserwacje mikroskopowe (mikroskop optyczny wbudowany w aparat REVETEST). W przeprowadzonych badaniach wartości sił krytycznych oceniono na podstawie obserwacji mikroskopowych powstałych rys po przejściu penetratora, które odnoszono do przebiegów sygnałów emisji akustycznej. Wyniki badań przyczepności przedstawiono w tabeli 2. Natomiast na rysunku 4 przedstawiono widoki 3D rysy po teście zarysowania. Średnia wartość (z trzech pomiarów) siły krytycznej powłoki WC-Co-Al 2O 3 wyniosła 6,33 N. Tab. 2. Wyniki pomiarów przyczepności powłok Siła krytyczna [N] Wartość Powłoka Numer pomiaru średnia [N] 1 2 3 WC-Co-Al 2O 3 7,42 6,67 4,89 6,33 Struktura geometryczna powierzchni wykazuje znaczny wpływ na wiele procesów występujących w warstwie wierzchniej. Problematyce związanej z metodami pomiarów oraz oceną chropowatości i falistości powierzchni poświęconych jest wiele publikacji [11 13]. Pomiary chropowatości zostały przeprowadzone w Laboratorium Komputerowych Pomiarów Wielkości Geometrycznych Politechniki Świętokrzyskiej za pomocą przyrządu Topo L120 przy wykorzystaniu programu PROFILOMETR. Pomiary chropowatości powłok WC-Co-Al 2O 3 wykonano w dwóch prostopadłych do siebie kierunkach. Pierwszy pomiar był wykonany zgodnie z ruchem przemieszczania się elektrody, natomiast drugi pomiar był prostopadły do ściegów skanujących. Z dwóch pomiarów obliczono wartość średnią parametru Ra dla danej powłoki. Powłoki WC-Co- Al 2O 3 posiadały chropowatość Ra = 6,16 7,79 µm. Próbki ze stali C45, na które nanoszono powłoki miały chropowatość Ra = 0,42 0,44 µm. Przykładowy wykres pomiarów parametrów mikrogeometrii badanych próbek przedstawiono na rysunku 5. Rys. 5. Przykładowy wynik pomiarów parametrów mikrogeometrii powłoki WC-Co-Al 2O 3 Pomiary mikrotwardości przeprowadzono metodą Vickersa. Mikrotwardość mierzono na mikrotwardościomierzu Microtech MX3 przy obciążeniu 0,4 N, przyłożonym na 15 s. Odciski penetratorem wykonano na zgładach prostopadłych w trzech strefach: w powłoce (białej trudnotrawiącej się, jednorodnej), w strefie wpływu ciepła (SWC), jak również w materiale rodzimym. Zastosowanie obróbki elektroerozyjnej spowodowało zmiany mikrotwardości w obrabianym materiale. Mikrotwardość materiału podłoża po obróbce elektroerozyjnej wynosiła średnio około 141 HV0,4 (taka samą wartość mikrotwardości miał materiał w stanie wyjściowym). Nakładając obróbką elektroerozyjną powłoki WC-Co-Al 2 O 3 uzyskano znaczny wzrost mikrotwardości w stosunku

166 MECHANIK NR 4/2015 do mikrotwardości materiału podłoża. Powłoka WC-Co- Al 2 O 3 posiadała średnią mikrotwardość 843 HV0,4 (nastąpił wzrost mikrotwardości średnio o 498 % w stosunku do mikrotwardości materiału podłoża). Mikrotwardość SWC po obróbce elektroerozyjnej wzrosła o 168 % (powłoka WC- Co-Al 2 O 3 ) w stosunku do mikrotwardości materiału podłoża. Badania trwałości gwintowników Do badań wybrano gwintowniki wykonane ze stali HSSE (stal szybkotnąca kobaltowa). Badania trwałości wykonano stosując trzy grupy gwintowników: z powłoką TiN naniesioną metodą PVD, z powłoką WC-Co-Al 2O 3 nałożoną obróbką elektroerozyjną oraz gwintownik niepowleczony żadną powłoką. Powłoki zostały naniesione na części robocze gwintownika. Jako kryterium trwałości części roboczej gwintownika przyjęto postać zużycia ściernego lub wykruszenia materiału. Testy trwałościowe wykonano na tokarce CNC firmy YD- PM BML- 280, która znajduje się w firmie Kiel-inox pod Kielcami. Elementem testowym były mufy ze stali S235JR, które są wytwarzane w w/w zakładzie i stosowane w piecach CO (rys. 6). W czasie operacji gwintowania stosowano płyn obróbkowy EMULKOL PS. Trwałość gwintowników określano liczbą nagwintowanych muf. W mniejszym stopniu występowało wykruszenie bądź wyszczerbienie materiału. Podsumowując uzyskane wyniki badań można stwierdzić, że gwintownik z naniesioną powłoką WC-Co-Al 2O 3 (obróbka elektroerozyjna) może być stosowany do wykonywania precyzyjnych gwintów na obrabiarkach CNC, choć wykona mniejszą liczbę gwintów w stosunku do gwintownika z powłoką TiN (metoda PVD). Wnioski Na podstawie przeprowadzonych badań można sformułować następujące wnioski: 1. Analizując mikrostrukturę stwierdzono, że grubość powłoki WC-Co-Al 2O 3 mieściła się w zakresie 34 64 µm, natomiast zasięg strefy wpływu ciepła w głąb materiału podłoża ok. 23 31 µm. Ponadto powłoka posiadała mikropęknięcia oraz pory. 2. Przyczepność powłoki węglikowo-ceramicznej do podłoża była dobra. Średnia wartość siły krytycznej powłoki WC-Co-Al 2O 3 wyniosła 6,33 N. 3. Powłoka WC-Co-Al 2O 3 naniesiona obróbką elektroerozyjną charakteryzowała się znacznym wzrostem chropowatości Ra w stosunku do chropowatości materiału podłoża. Powłoka WC-Co-Al 2O 3 posiadała chropowatość Ra = 6,16 7,79 µm, natomiast chropowatość materiału podłoża wynosiła Ra = 0,42 0,44 µm. 4. W wyniku obróbki elektroerozyjnej otrzymano powłokę WC-Co-Al 2O 3 o średniej mikrotwardościwardości 843 HV0,4, podczas gdy mikrotwardość materiału podłoża (stali C45) wynosiła 141 HV0,4. 5. Przeprowadzone w rzeczywistych warunkach pracy badania trwałości części roboczej gwintowników z powłoką WC-Co-Al 2O 3, dowiodły większą ich trwałość (5- krotnie większą) w porównaniu do gwintowników nie pokrytych powłoką. 6. W dalszych etapach badań należy wykonać pomiary naprężeń własnych oraz porowatości powłok WC-Co- Al 2O 3. LITERATURA Rys. 6. Mufa z wykonanym gwintem Wyniki badań trwałości gwintowników przedstawia wykres (rys. 7). W wyniku przeprowadzonych badań eksploatacyjnych okazało się, że największą trwałość wykazał gwintownik z powłoką TiN, przy pomocy którego wykonano gwinty w 2000 szt. muf. Gwintownikiem z przeciwzużyciową powłoką WC-Co-Al 2O 3 wykonano gwinty w 500 szt. muf. Najmniejszą liczbę gwintów (w 100 szt. muf) wykonano gwintownikiem ze stali HSSE (bez powłoki). Liczba sztuk, szt. 2500 2000 1500 1000 500 0 TiN WC-Co-Al2O3 HSSE Materiał Rys. 7. Wykres ilość nagwintowanych muf w zależności od zastosowanego gwintownika Analiza zużytych części roboczych gwintowników po teście trwałości wykazała dominującą rolę zużycia ściernego. 1. http://www.fanar.pl/katalogi.php 2. Wysiecki M., Nowoczesne materiały narzędziowe. Wydawnictwo Naukowo- Techniczne, Warszawa, 1997. 3. Konstanty J., Powder metallurgy diamond tools. Elsevier, Oxford 2005. 4. Ho K.H., S.T. Newman S.T., State of the art: electrical discharge machining. Int. J. Mach. Tools Manuf., 43, 1287-1300, 2003. 5. Dibitonto D.D., Eubank P.T., Patel M.R., Barrufet M.A., Theoretical models of the electrical discharge machining process. I-A simple cathode erosion model. Journal of Applied Physics, 66/9,123-131,1989. 6. Galinov I.V., Luban R.B., Mass transfer trends during electrospark alloying. Surface and Coatings Technology, 79, 9-18,1996. 7. Radek N., Determining the operational properties of steel beaters after electrospark deposition. Eksploatacja i Niezawodność, 4, 10-16, 2009. 8. Radek N., Welding technologies in surface engineering. Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej - Monografie, Studia, Rozprawy, M 37, Kielce, 2013. 9. Levashov E.A., Zamulaeva E.I., Kudryashov A.E., Vakaev P.V., Petrzhik M.I., Sanz A., Materials science and technological aspects of electrospark deposition of nanostructured WC-Co coatings onto titanium substrates. Plasma Process. Polym., 4, 293-300, 2007. 10. PN-EN 1071-3:2007 Techniczna ceramika zaawansowana - Metody badania powłok ceramicznych, Część 3: Oznaczanie ad-

MECHANIK NR 4/2015 167 hezji i innych mechanicznych rodzajów uszkodzeń w próbie zarysowania. 11. Pomiary geometryczne powierzchni. Zarysy kształtu, falistości i chropowatości. Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa. 2008. 12. Adamczak S., Normalizacja pomiarów struktury geometrycznej powierzchni, Cz. 7, Ocena chropowatości i falistości powierzchni. Mechanik, 5-6, 526-529, 2005. 13. Adamczak S., Normalizacja pomiarów struktury geometrycznej powierzchni, Cz. 8, Ocena chropowatości i falistości. Powierzchnie o warstwowych właściwościach funkcjonalnych. Mechanik, 8-9, 690-692, 2005.