Mechanical properties and tribological behavior at micro and macro-scale of WC/WCN/W hierarchical multilayer coatings

Rivera-Tello, César D.; Broitman, Esteban; Flores-Ruiz, Francisco Javier; Jiménez, O.; Flores, M.

doi:10.1016/j.triboint.2016.04.017

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“…However, a careful analysis of these papers shows that they are always limited to macro-and microscale, micro-and nanoscale, or macroand nanoscale indentation studies [57]. There are just very few studies comparing the indentation hardness of materials at the three scales.…”

Section: Hardness Interpretation At Different Scalesmentioning

confidence: 99%

Indentation Hardness Measurements at Macro-, Micro-, and Nanoscale: A Critical Overview

2016

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The Brinell, Vickers, Meyer, Rockwell, Shore, IHRD, Knoop, Buchholz, and nanoindentation methods used to measure the indentation hardness of materials at different scales are compared, and main issues and misconceptions in the understanding of these methods are comprehensively reviewed and discussed. Basic equations and parameters employed to calculate hardness are clearly explained, and the different international standards for each method are summarized. The limits for each scale are explored, and the different forms to calculate hardness in each method are compared and established. The influence of elasticity and plasticity of the material in each measurement method is reviewed, and the impact of the surface deformation around the indenter on hardness values is examined. The difficulties for practical conversions of hardness values measured by different methods are explained. Finally, main issues in the hardness interpretation at different scales are carefully discussed, like the influence of grain size in polycrystalline materials, indentation size effects at micro-and nanoscale, and the effect of the substrate when calculating thin films hardness. The paper improves the understanding of what hardness means and what hardness measurements imply at different scales.

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Section: Hardness Interpretation At Different Scalesmentioning

confidence: 99%

Indentation Hardness Measurements at Macro-, Micro-, and Nanoscale: A Critical Overview

2016

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“…Los recubrimientos en multicapas alternadas de titanio y tungsteno puro, así como los sistemas binario y ternario fueron depositados interrumpiendo el flujo de N 2 sin apagar el plasma y encendiendo alternada o simultáneamente los blancos para el depósito de los recubrimientos binarios y el ternario respectivamente. Los magnetrones fueron colocados sobre el portamuestras con su eje perpendicular a la superficie de las muestras y el compuesto de WTiN se formó por la rotación del carrusel como se describe en una publicación previa [14].…”

Section: Depósito De Multicapas Por Erosión Iónicaunclassified

“…3b, se observa la superficie de recubrimiento B, que es semejante a la de A, sin embargo, presenta mayor densidad de grietas por unidad deárea con una anchura de grieta de 345 ± 62 nm, mayor a la del recubrimiento A. La presencia de las grietas además de las tensiones que presenta el recubrimiento se debe a que se crecieron a temperaturas relativamente bajas que no favorece la movilidad de los adátomos para lograr un buen acomodo en la red aumentando la cantidad de defectos [14,20]. Mediante los análisis semi-cuantitativos de EDS en el recubrimiento A se identificó la presencia en un porcentaje atómico de 54.65 % de nitrógeno, 19.37 % de oxígeno y 25.97 % de W, existe una alta variación en el contenido de oxígeno de punto a punto y en algunos análisis aparece carbono lo cual es común en este tipo de análisis.…”

Section: Análisis De La Morfología Y Composiciónunclassified

Síntesis y caracterización electroquímica de recubrimientos de multicapas metal cerámico de W/WN, Ti/TiN y WTiN

et al. 2018

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La corrosión causa grandes pérdidas y daños catastróficos en plantas industriales y en la infraestructura. Entre los métodos para reducirla se encuentran los recubrimientos. El uso de recubrimientos multicapa metal-cerámico es eficiente para disminuir la corrosión en aceros, es considerada una opción viable, ya que ofrecen diversas ventajas respecto a los recubrimientos de una capa: una de estas ventajas es que son depositadas con espesores relativamente altos y son capaces de disipar las tensiones residuales que se forman durante el crecimiento de recubrimientos delgados, lo cual mantiene su adhesión al sustrato. Los recubrimientos se depositaron por erosión iónica con magnetrón, utilizando blancos de Ti y W. Se diseñaron y depositaron dos arquitecturas de multicapas que incluye recubrimientos de nitruro de tungsteno (WN) y nitruro de tungsteno titanio (WTiN) con bicapas alternadas de Ti/TiN y W/WN. Esas dos secuencias de depósito de capas se indentificaron como A con más capas Ti y B de mayor contenido de W, ambas constan de un proceso de depósito de nueve capas. La estructura se estudió por difracción de rayos X y la morfología y composición por SEM y EDS respectivamente. La superficie se estudió con perfilometría y microcopia de fuerza atómica. El comportamiento electroquímico se analizó en una solución NaCl por medio de polarizaciones potenciodinámicas y espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS). Los resultados de difracción de rayos X muestran la presencia de dos fases de WN. El tamaño de grano del recubrimiento A es similar al obtenido en el recubrimiento B. La morfología de las multicapas mostró una superficie en su mayoría lisa, con presencia de domos esféricos, así como grietas en ambos recubrimientos, siendo más abundantes en el recubrimiento B. En su sección transversal, se observa la secuencia de las multicapas compuestas por capas de Ti, W, TiN, WTiN y WN, pero en algunos casos no se aprecia el cambio entre las capas individuales y dos capas permanecen como una sola en las imágenes de SEM. Los resultados electroquímicos obtenidos mediante curvas de polarización potenciodinámica mostraron un corrimiento del potencial de corrosión hacia valores más nobles. La corriente de corrosión en el recubrimiento A con más capas de contenido de Ti, es menor comparada con la del recubrimiento B, ambas mejoran la resistencia a la corrosión del sustrato. Este comportamiento se confirmó a través del diagrama de Nyquist obtenido por EIS.Descriptores: Recubrimientos duros; multicapas; WN; WTiN; corrosión; difracción de Rayos X.Corrosion causes great losses and catastrophic damages in industrial plants and infrastructure, among the methods to reduce it are the coatings. The use of metal-ceramic multilayer coatings to reduce corrosion in steels is a viable option, since they offer several advantages over single-layer coatings, among which, they can be deposited with relatively high thicknesses and are able to dissipate the residual stresses that form during the growth of the thin films, which maintains its adhes...

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“…These controls make possible the quantitative assessment of temporal evolution of the tribological data. Technical details and applications of the measurement method have been published elsewhere [24,[28][29][30]. The Triboindenter instrument was also used to produce surface probe microscopy (SPM) images using the same diamond tip utilized in the microtribological tests.…”

Section: Friction Coefficient and Wear Measurementsmentioning

confidence: 99%

Micro-tribological performance of fullerene-like carbon and carbon-nitride surfaces

Flores-Ruiz

Tucker

Bakoglidis

et al. 2018

Tribology International

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We studied the microtribological behavior of amorphous and fullerene-like (FL) carbon and carbon-nitride coatings deposited by filtered-cathodic-arc. All films show similar friction coefficients but different wear mechanisms. The FL films exhibit a surface swelling with the formation of a layer that thickens during the test, limiting wear and maintaining a low friction. X-ray photoelectron spectroscopy on worn FL film surfaces show an increase in the sp 2-content, indicating that the lubricious layer generated by the wear process is probably the result of re-hybridization due to plasticity induced by localized shear. In contrast, the wear results of the amorphous films, involving tribomechanical and tribochemical surface phenomena, show that the surface layer formed during sliding is a precursor to the onset of wear.

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Mechanical properties and tribological behavior at micro and macro-scale of WC/WCN/W hierarchical multilayer coatings

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Indentation Hardness Measurements at Macro-, Micro-, and Nanoscale: A Critical Overview

Indentation Hardness Measurements at Macro-, Micro-, and Nanoscale: A Critical Overview

Síntesis y caracterización electroquímica de recubrimientos de multicapas metal cerámico de W/WN, Ti/TiN y WTiN

Micro-tribological performance of fullerene-like carbon and carbon-nitride surfaces

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