Evaluation of the mechanical behaviour of a DLC film on plasma nitrided AISI 420 with different surface finishing

Dalibón, Eugenia L.; Charadía, Raúl; Cabo, Amado; Trava-Airoldi, V.J.; Brühl, Sonia Patricia

doi:10.1016/j.surfcoat.2013.08.059

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“…Hard solid lubricant coatings have found success in many applications, particularly those involving pure elements such as silicon and advanced materials [5][6][7][8] . Other systems have used relatively hard substrates, such as hardened steels 9 ; however large-volume production industries utilise soft, simple and inexpensive materials as substrates for DLC coatings, which require multifunctional surfaces for mechanical support and chemical adhesion.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Effects of Different Plasma Nitrided Layers on the Tribological Performance of DLC Coatings

et al. 2016

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When multifunctional surface engineering processes that combine purpose-oriented phases are applied to soft substrates, a combination of high wear resistance, high load support and low coefficients of friction can be achieved. In this study, the effects of different nitrided layers on the tribological behaviour of a diamond-like carbon (DLC) film deposited on a SAE 1040 steel were investigated. The nitriding was carried out under different temperatures and gas mixtures to create three distinct nitrided layers: two compound layers with predominant ε and γ' phases and a diffusion layer. All of the surfaces were then coated with DLC deposited via plasma-enhanced chemical vapour deposition (PECVD). The tribological tests indicated that the best performance was achieved for a specific combination of hardness, surface roughness and nitride type. The best load-bearing capacity between the DLC coating and the soft substrate was achieved when the nitrided layer was primarily a diffusion layer.

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Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Effects of Different Plasma Nitrided Layers on the Tribological Performance of DLC Coatings

et al. 2016

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“…Revestimentos duros de lubrificação sólida encontraram sucesso em muitas aplicações, particularmente aquelas envolvendo elementos puros como silício e materiais avançados [5][6][7][8]. Outros sistemas utilizam substratos relativamente duros, como aços endurecidos [9]; entretanto produções industriais de larga escala utilizam materiais moles, simples e baratos como substratos para os revestimentos DLC, e que requerem superfícies multifuncionais para suporte mecânico e adesão química.…”

Section: Introductionunclassified

“…Durante a nitretação a plasma, esta estrutura de camadas de nitretos é alcançada através da aceleração de íons de nitrogênio contra a superfície da amostra, limpando a superfície, aquecendo a peça e provendo nitrogênio ativo que difunde na matriz [19][20]. Este bombardeamento também modifica as características topográficas da amostra [10], aumentando a rugosidade para faixas micrométricas [21][22] e afeta diretamente o suporte mecânico do DLC [8,23]. Dependendo das variáveis de controle aplicados a este processo, particularmente a temperatura e a mistura de gases, diferentes fases de nitreto com distintas características podem ser estabilizadas [20].…”

Section: Introductionunclassified

Efeitos De Diferentes Camadas Nitretadas Por Plasma No Desempenho Tribológico De Revestimentos Diamond Like Carbon (Dlc)

Shioga¹,

Binder²,

Hammes³

et al. 2018

ABM Proceedings

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ResumoQuando processos de engenharia de superfícies multifuncionais que combinam fases de propósito orientadas são aplicados a substratos moles, uma combinação de alta resistência ao desgaste, suporte de alta carga e baixos coeficientes de atrito podem ser obtidos. Neste estudo, os efeitos de diferentes camadas nitretadas no comportamento tribológico de revestimento Diamond-Like-Carbon (DLC) depositado sobre aço SAE 1040 são investigados. A nitretação foi conduzida sob diferentes temperaturas e misturas de gases para criar três camadas de nitretos distintas: duas camadas de compostos com predominância de fases ε e γ' e uma camada de difusão. Todas as superfícies foram então revestidas com DLC, depositado via Plasma-Enhanced-Chemical-Vapour-Deposition (PACVD). As fases de nitreto foram analisadas utilizando difração de raios-X e a topografia da superfície foi analisada por interferometria de luz branca e microscopia eletrônica de varredura. O comportamento tribológico foi investigado utilizando esfera e plano com movimento alternado com carregamento incremental até a falha do filme DLC. Os testes tribológicos indicaram que o melhor desempenho foi alcançado por uma específica combinação de dureza, rugosidade superficial e tipo de nitreto. A melhor capacidade de mancalização entre o revestimento DLC e o substrato mole foi alcançada quando a camada de nitretos constitui-se apenas de uma camada de difusão. Palavras-chave: DLC; Nitretação; Rugosidade; Atrito; Adesão. EFFECTS OF DIFFERENT PLASMA NITRIDE LAYERS ON THE TRIBOLOGICAL PERFORMANCE OF DLC COATINGS AbstractWhen multifunctional surface engineering processes that combine purpose-oriented phases are applied to soft substrates, a combination of high wear resistance, high load support and low coefficients of friction can be achieved. In this study, the effects of different nitride layers on the tribological behaviour of a diamond-like carbon (DLC) film deposited on a SAE 1040 steel were investigated. The nitriding was carried out under different temperatures and gas mixtures to create three distinct nitride layers: two compound layers with predominant ε and ' phases and a diffusion layer. All of the surfaces were then coated with DLC deposited via plasma-enhanced chemical vapour deposition (PACVD). The nitride phases were analysed using X-ray diffraction, and the surface topography was analysed by white-light interferometry and scanning electron microscopy. The tribological behaviour was evaluated using a ball on a reciprocating plane with incremental loading until each DLC film failed. The tribological tests indicated that the best performance was achieved for a specific combination of hardness, surface roughness and nitride type. The best load-bearing capacity between the DLC coating and the soft substrate was achieved when the nitride layer was primarily a diffusion layer.

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“…Morshed [9] sugere que ao otimizar as condições de ataque iônico com argônio é possível maximizar a adesividade e minimizar tensões residuais, sem alterar de forma significativa a dureza destes filmes. Apesar da extensa literatura sobre o aumento da adesividade, a caracterização desta propriedade se mantém principalmente qualitativa [10][11][12]. Entre diversos ensaios, a indentação Rockwell C, descrita na norma VDI3198, e os ensaios de riscamento são as maneiras mais comuns de se medir a adesividade de filmes de DLC [10][11][12][13][14].…”

Section: Introductionunclassified

“…Apesar da extensa literatura sobre o aumento da adesividade, a caracterização desta propriedade se mantém principalmente qualitativa [10][11][12]. Entre diversos ensaios, a indentação Rockwell C, descrita na norma VDI3198, e os ensaios de riscamento são as maneiras mais comuns de se medir a adesividade de filmes de DLC [10][11][12][13][14]. No presente estudo, ao invés de comparar aspectos morfológicos das indentações com padrões estabelecidos pela norma VDI3198, foi realizada uma comparação numérica através da quantificação da área desplacada através da análise de imagens produzidas por microscopia ótica.…”

Section: Introductionunclassified

Avaliação Da Adesão De Filmes Multifuncionais: Comparação Entre Testes De Indentação E Riscamento

Giacomelli¹,

Mattos²,

Soprano³

et al. 2018

ABM Proceedings

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ResumoA adesão de revestimentos multifuncionais em substratos moles é de extrema importância para o comportamento tribológico desta importante classe de tratamentos superficiais. Mais especificamente, testes de indentação e de riscamento são bastante utilizados na medição desta propriedade. No presente estudo, a adesão de filmes de DLC do tipo a-C:H depositados em aço baixo carbono nitretado foi investigada através de testes de indentação e riscamento. Os revestimentos foram produzidos através de PECVD em substratos de aço 1020 com dois acabamentos superficiais: lixado (Sq = 0,184 µm) e polido (Sq = 0,002 µm). Foram realizados testes de indentação Rockwell C e a adesão foi quantificada através da medição da área desplacada em imagens obtidas através de microscopia ótica. Esta análise produziu resultados semi-quantitativos, eliminando a análise qualitativa subjetiva sugerida pela norma VDI3198. Ainda, testes de riscamento foram realizados nas mesmas amostras com o mesmo indentador para que uma comparação entre ambas as técnicas pudesse ser estabelecida. Por fim, o método apresentado mostrou resultados coerentes, onde amostras com menor carga crítica apresentaram uma maior área desplacada. Amostras lixadas apresentaram um desempenho inferior em relação a adesividade. Palavras-chave: Diamond-like carbon; Adesão; Topografia; Aço nitretado. ASSESSMENT OF MULTIFUNCTIONAL COATING ADHESION: COMPARISON BETWEEN INDENTATION AND SCRATCH TESTS AbstractThe adhesion of multifunctional coatings on soft substrates is of paramount importance in the tribological behavior of this important class of surface treatment. In particular, scratch and indentation tests have been extensively used in order to assess this property. In this paper, the adhesion of a-C:H diamond-like carbon films deposited on nitrided low carbon steel was evaluated by indentation and scratch tests. The coatings were produced by PECVD onto 1020 steel substrates with two different surface finishing: ground (Sq = 0.184 µm) and polished (Sq = 0.002 µm). Indentation tests using a Rockwell diamond indenter were conducted and the adhesion evaluated by measuring the spalling region on images obtained by using optical microscopy. The analysis of the spalling regions produced semi-quantitative results, eliminating the subjective qualitative analysis proposed by the standard method VDI 3198. In addition, scratch tests were performed using the same indenter and a comparison between the two techniques was established. Finally, the method presented coherent results, where films with higher critical loads presented lower spalled areas. Ground samples presented an overall poorer adhesion performance.

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Evaluation of the mechanical behaviour of a DLC film on plasma nitrided AISI 420 with different surface finishing

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Efeitos De Diferentes Camadas Nitretadas Por Plasma No Desempenho Tribológico De Revestimentos Diamond Like Carbon (Dlc)

Avaliação Da Adesão De Filmes Multifuncionais: Comparação Entre Testes De Indentação E Riscamento

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