ارزيابي چسبندگي و بارپذيري پوشش نانوساختار CrN-CrAlN به‌روش رسوب فيزيكي بخار

Investigation of Adhesion and the Load Bearing of CrN-CrAlN Nanostructured Coating by Physical Vapor Deposition

پوشش­هاي نيتريدي با سختي و مقاومت سايشي عالي به ­وسيله رسوب فيزيكي بخار (PVD) توليد مي­شوند و در سال­هاي اخير بسيار توسعه يافته ­اند. با توجه به نوع كاربرد اين پوشش ­ها، موضوع بارپذيري و چسبندگي اهميت فراواني مي­يابد و مي­تواند تعيين­ كننده عمر و عملكرد قطعه نهايي باشد. در اين تحقيق پوشش­هاي نانوساختار CrN/CrAlN با ضخامت و تعداد لايه متفاوت، به‌روش قوس كاتدي روي فولاد زنگ‌نزن 420 و فولاد ابزار گرمكار رسوب­گذاري شدند. به‌منظور آناليز ساختاري و مشخصه ­يابي پوشش ­ها از آزمون‌هاي نانوسختي‌سنجي، پراش پرتو ايكس و ميكروآناليز طيف‌سنج انرژي استفاده شد و چسبندگي پوشش­ ها به‌كمك آزمون‌ چسبندگي خراش و راكول VDI3198 ارزيابي شد. نتايج نشان داد پوشش ­هاي رسوب فيزيكي بخار تنش­ هاي پسماند فشاري بالايي، از حدود 500 تا 1800 مگاپاسكال را تجربه مي­ كنند كه تأثير تعيين كننده­اي بر چسبندگي آنها دارد. بارپذيري پوشش به ضخامت و چسبندگي بستگي دارد و در يك ضخامت بهينه به بيشينه مي­ رسد. بررسي­ ها نشان داد نوع زيرلايه نيز تأثير بسزايي بر چسبندگي پوشش دارد.

Nitride coatings with excellent hardness and wear resistance have been deposited by physical vapor deposition (PVD) in recent years. For most applications, the load bearing and adhesion of coatings are very important and can determine the life and performance of the final components. In this study, CrN/CrAlN nanostructured coatings with different thicknesses and numberes of layers were deposited on the stainless steel AISI 420 and hot-work tool steel by cathodic arc evaporation. Nanoindentation, X-ray diffraction (XRD) and energy dispersive spectroscopy (EDS) were used for the structural characterization and estimation of stress in the coatings. Adhesion of coatings was evaluated by scratch adhesion and VDI 3198 Rockwell tests. The results revealed the high values of compressive residual stress in the physical vapor deposited coatings, in the range of 500 to 1800 MPa, with a detrimental effect on coating adhesion. Load bearing capacity was observed to be dependent on the thickness and adhesion of coating, reaching the maximum at an optimum thickness. Overall, the results proved that the type of steel substrate could have a significant influence on the coating adhesion.