Slide 1

Švitintų volframo dangų mechaninių ir
tribologinių savybių tyrimai, atlikti Poitiers
Universitete, Prancūzijoje.

Pranešėja: Birutė Bobrovaitė
2007.06.10 - 2007.06.30


Slide 2

Turinys:


W dangų gavimas ir švitinimas

Analizės metodai:
 EDX analizė;
 mikro - kietumo tyrimai;
 tribologinė analizė.


Diskusijos


Slide 3

W dangų gavimui panaudota magnetroninio garinimo
sistema
W dangų gavimo parametrai:
Ribinis slėgis

p0 = 10-6 - 10-5Pa;

Darbinis Ar dujų slėgis

pd = 0.4Pa;

Magnetrono katodo įtampa

U = 200 - 500V;

Magnetrono katodo srovė

I = 0.25A - 1A;

Priešįtampis

U (bias) = 0-250V;

Garinimo trukmė

t = 15 – 90 min;

Temperatūra

T=200C.


Slide 4

W dangų švitinimas





Dangos buvo švitinamos argono jonais, vandenilio
jonais ir argono ir vandenilio dujų mišinyje su
nedideliu kiekiu anglies.

Švitinimui buvo naudojamas DC šaltinis;
Švitinimas atliktas prie skirtingų dujų slėgių:
 0,4 Pa, aukštame vakuume;
 3.6 Pa, žemame vakuume.


Slide 5

Dangų švitinimas
W dangų švitinimas

Atlikus dangų švitinimą išskirtos trys charakteringos W dangos paviršiaus sritys:

Centrinė švitinimo sritis, kur C readsorbcijos greitis viršija plazmos-bandinio
erozijos greitį (A);

Intensyvaus švitinimo sritis, kur plazmos - bandinio erozijos greitis viršija C
nudulkėjimo greitį (B);

Perėjimo sritis, kur plazmos erozijos greitis lygus C nudulkėjimo greičiui (T).


Slide 6

EDX Analizė

Iš kaip giliai emituojami rentgeno spinduliai lygiaverčiai
priklauso nuo kaip giliai susiformuoja antriniai elektronai.
Priklausomai nuo bandinio tankio ir krintančio spindulio
įgreitinančiosios įtampos skanavimo sritis yra maždaug 1/2 iki 2
mikronų gylyje.


Slide 7

EDX Analizė

(a)

(b)

Volframo dangų
švitintų argono
dujų aplinkoje:
žemame vakuume
(a);
ir aukštame
vakuume (b).


Slide 8

EDX Analizė

(a)

(b)

Volframo dangų švitintų
vandenilio dujų
aplinkoje: žemame
vakuume (a);
ir aukštame vakuume (b)


Slide 9

EDX Analizė
Volframo dangų
švitintų argono ir
vandenilio dujų
mišinyje: žemame
vakuume(a);
ir aukštame vakuume
(b)

(a)

100,0%

FL600_80C (0,4Pa, Ar+H2 )

90,0%
80,0%
70,0%

at %

60,0%
50,0%
40,0%
30,0%
20,0%
10,0%
0,0%
-10,0%

(b)

C

Ni
Cr

centrine švitinimo sritis

Fe
perejimo sritis

W

intensyvaus švitinimo sritis


Slide 10

EDX Analizės rezultatai
Bandinio Nr.

Centrine svitinimo
sritis

C
FL600_78C

Cr

Fe

Perejimo sritis

Ni

W

C

Cr

15,30% 0,00% 0,00% 0,00% 84,70% 13,40% 0,00%

Intensyvaus svitinimo
sritis

Fe

Ni

W

C

Cr

Fe

Ni

W

0,00%

0,00% 86,60%

2,50% 18,20% 9,40% 69,10%

0,80%

0,00%

0,00%

0,00% 91,30%

1,80% 19,10% 9,40% 69,40%

0,30%

0,4 Ar
FL600_90C

5,20%

0,00% 0,00% 0,00% 94,80% 8,70%

0,4 Ar
FL600_94C
3,6 Ar

93,30% 0,00% 0,00% 0,00% 6,70%

9,20%

0,00%

0,00%

0,00% 90,80%

2,70% 18,90% 9,20% 69,00%

0,20%

FL00_96C
0,8 H2

21,80% 0,00% 0,00% 0,00% 78,20% 11,20% 0,00%

0,00%

0,00% 88,80%

4,30% 18,30% 9,00% 67,90%

0,40%

FL00_95C
3,6 H2

30,60% 0,00% 0,00% 0,00% 69,40% 14,90% 0,00%

0,00%

0,00% 85,10% 24,40%

0,00%

0,40%

0,70% 74,40%

FL00_72C
0,4 Ar+H2 1/1

15,30% 0,00% 0,00% 0,00% 84,70% 12,60% 0,00%

0,00%

0,00% 87,40%

0,00%

0,00%

0,00%

0,00%

FL00_80C
0,4 Ar+H2 1/1

13,00% 0,00% 0,00% 0,00% 87,00% 16,60% 0,00%

0,00%

0,00% 83,40% 13,20% 18,20% 8,00% 60,10%

0,40%

FL00_83C
2,5 Ar+H2 1/1

85,90% 0,00% 0,00% 0,00% 14,10% 16,30% 0,00%

0,00%

0,00% 83,70% 14,80% 17,70% 7,90% 59,40%

0,20%

FL00_65C
0,4 Ar+H2 1/2

19,20% 0,00% 0,00% 0,00% 80,80% 13,70% 0,00%

0,00%

0,00% 86,30% 15,00% 19,00% 7,80% 57,80%

0,40%

FL00_98C
3,6 Ar+H2 1/2

72,80% 0,00% 0,00% 0,00% 27,20% 13,10% 0,00%

0,00%

0,00% 86,90% 15,40% 16,40% 8,00% 59,90%

0,30%

FL00_82C
0,4 Ar+H2 2/1

10,40% 0,00% 0,00% 0,00% 89,60% 15,30% 0,00%

0,00%

0,00% 84,70%

5,60% 19,30% 8,80% 65,90%

0,50%

FL00_76C
2,3 Ar+H2 2/1

87,80% 0,00% 0,00% 0,00% 12,20% 23,70% 0,00%

0,00%

0,00% 76,30% 22,30% 16,40% 7,10% 54,10%

0,20%

0,00%


Slide 11

Trintis atsiranda, kai du kūnai juda vienas kito atžvilgiu.
Išorinė trintis laikoma, kai du, vienas kito atžvilgiu
judantys, kūnai liečiasi paviršiais. Pagal judėjimo pobūdį
yra išskiriama slydimo trintis, kai kūnų greičiai lietimosi
taškuose yra skirtingi ar priešingos krypties.

Tribologinė analizė
Tribologinėms savybėms: nusidėvėjimo greičiui ir
trinties koeficientui nustatyti buvo panaudota “pin on
disc” technika.
Parametrai analizės metu (visiems bandiniams ir jų
skirtingoms švitinimo sritims):

apkrova – 2N;

slydimo greitis - 10mm/s;

slydimo ilgis - 80m;

trinties kelio spindulys, R–2mm;

pasirinkto kamuoliuko (pin ball),
rubidžio skersmuo - 5000µm.


Slide 12

F ric tio n c o e fic ie n t, f
S a m p le N o
FL600_88

A t s ta rt o f
te s t
A v e ra g e

M in im u m

te s t
d u ra tio n ,
s

M a x im u m

0 ,2 2 7

0 ,3 7 5

0 ,2 1 8

0 ,4 8

1000

C e n tra l irra d ia tio n zo n e

0 ,2 2 7

0 ,2 7 5

0 ,2 0 4

0 ,5 2 2

1 ,2 0 E + 0 4

T ra n s itio n zo n e

0 ,5 9 5

0 ,2 8 2

0 ,1 6 7

0 ,7 5

2 ,0 0 E + 0 4

C e n tra l irra d ia tio n zo n e

0 ,2 4 5

0 ,1 8

0 ,1 3 4

0 ,3 1 5

8000

T ra n s itio n zo n e

0 ,3 1 1

0 ,3 4 2

0 ,1 5 4

0 ,6 4 2

8000

C e n tra l irra d ia tio n zo n e

0 ,2 7 8

0 ,2 8 3

0 ,1 9 9

0 ,3 6 3

8000

T ra n s itio n zo n e

0 ,2 5 1

0 ,3 3 8

0 ,2 0 3

0 ,2 0 3

8000

0 ,3 4 1

0 ,2 7 1

0 ,2 1

0 ,4 4 1

8000

0 ,2 4

0 ,3 6 3

0 ,2 1 8

0 ,6 3 1

8000

C e n tra l irra d ia tio n zo n e

0 ,2 1 4

0 ,3 8 8

0 ,1 9 6

0 ,6 2 3

8000

T ra n s itio n zo n e

0 ,2 8 4

0 ,3 9 3

0 ,2 3 2

0 ,7 3 5

8000

0 ,2 2 2

0 ,2 7 9

0 ,1 3 3

0 ,4 7 6

8000

0 ,2 3

0 ,3 4 9

0 ,1 5 1

0 ,4 7 3

8000

0 ,1 9 9

0 ,2 7

0 ,1 3 8

0 ,5 7 9

8000

0 ,2

0 ,3 5 7

0 ,2

0 ,5 3 4

8000

Tribologinė
analizė, rezultatai

F L 6 0 0 _ 9 0 C (0 ,4 P a A r)

F L 6 0 0 _ 9 4 C (3 ,6 P a A r)

F L 6 0 0 _ 9 6 C (0 ,4 P a H 2 )

F L 6 0 0 _ 9 5 C (3 ,6 P a H 2 )
C e n tra l irra d ia tio n zo n e
T ra n s itio n zo n e
F L 6 0 0 _ 6 5 C (0 ,4 P a A r+ H 2 ,1 /2 )

F L 6 0 0 _ 9 8 C (3 ,6 P a A r+ H 2 ,1 /2 )
C e n tra l irra d ia tio n zo n e
T ra n s itio n zo n e
F L 6 0 0 _ 8 3 C (2 ,5 P a A r+ H 2 ,1 /1 )
C e n tra l irra d ia tio n zo n e
T ra n s itio n zo n e

Lentelėje pateikti
švitintų prie
skirtingų sąlygų
volframo dangų
trinties
koeficientai.


Slide 13

Tribologinė analizė, rezultatai






Tribologinė analizė buvo atlikta naudojantis “pin on disc”
technika. Kiekvieno matavimo metu pasirinktas slydimo ilgis 80 m. Šio ilgio pakako norint išmatuoti pastovų trinties
koeficientą rubidžio kamuoliukui neprasiskverbiant iki
padėklo.
Išmatuotas trinties koeficientas pakankamai žemas visų
bandinių. Trinties koeficientas priklauso nuo dangos
grublėtumo. Didžiausias trinties koeficientas yra bandinio
švitinto argono ir vandenilio dujų mišinyje prie žemo dujų
slėgio ~0,39. Mažiausias trinties koeficientas yra bandinio
švitinto argono jonais su anglies priemaišomis prie žemo dujų
slėgio ~0,28.
Kuo danga kietesnė tuo mažesnis trinties koeficientas.


Slide 14

Mikro - kietumo analizė
Vikerio kietumo analizės metu naudojamas
piramidinės formos deimantinis identorius.
Kietumui apskaičiuoti naudojamas įspaudo
paviršiaus plotas ir pasirinkta apkrova:
HV 

F
A

Apkrovos trukmė 10 - 15 sekundžių.
Maksimali jėga apskaičiuojama iš apkrovos
(load) iškrovos (unload) kreivių


Slide 15

Mikro - kietumo analizė



Analizė buvo atlikta prie trijų skirtingų apkrovų 150mN, 200mN,
300mN.
Matavimai prie skirtingos apkrovos buvo kartojamas keturis kartus.
Atstumas tarp spaudų - 40 µm.



Kuo kietesnė danga tuo mažesnis prasiskverbimo gylis.





Slide 16

Mikro - kietumo analizė
Atlikta bandiniams
švitintiems argono
aplinkoje, vandenilio
aplinkoje ir argono ir
vandenilio dujų
mišinyje; mažame
(0.4Pa) ir dideliame (3.6
Pa) pasirinktų dujų
slėgyje.

FL600_90C (0,4Pa Ar)

FL600_94C (3,6Pa Ar)
FL600_96C (0,4Pa H2)
FL600_95C (3,6Pa H2)

FL600_65C (0,4Pa Ar+H2,1/2)
FL600_98C (3,6Pa Ar+H2,1/2)


Slide 17













Lyginant visų švitintų prie skirtingų sąlygų bandinių trinties koeficientus pastebėta
kad yra priklausomybė nuo anglies kiekio, kuo daugiau anglies tuo mažesnis trinties
koeficientas. Kuo trinties koeficientas mažesnis tuo danga kietesnė.
Mikro-kietumas dangų švitintų argono aplinkoje prie mažo ir didelio slėgio yra
beveik vienodas.
Atlikus kietumo analize pastebėta kad bandiniai su atitinkamu anglies kiekiu yra
kietesni. Centrinė švitinimo srityje, kur C nudulkėjimo greitis viršijo plazmosbandinio erozijos greitį dangos mikrostruktūra yra tankesnė kas gali įtakoti dangos
kietumą ir tamprumą.
Perėjimo švitinimo srityje dangos kietumas išlieka maždaug lygus tik užneštos
volframo dangos kietumui. Iš EDX rezultatų matome kad šioj srityje anglies atomų
procentinis vidurkis yra mažas tai patvirtina kad anglies kiekis įtakoja dangos
kietumą.
Intensyvioje švitinimo srityje kietumas yra mažesnis nei centrinėje. Tai susiję su
dangos mikrostruktūra. Intensyvioje švitinimo srityje danga yra šiurkšti, netolygi
todėl ji minkštesnė nei danga centrinėje švitinimo srityje, bet elastingesnė.
Nusidėvėjimo greitis (wear rate) proporcingas dangos kietumui, kuo danga kietesnė
tuo nusidėvėjimo greitis mažesnis.


Slide 18







Palyginus visus bandinius, didžiausias Vikerio kietumas yra
švitinto bandinio argono ir vandenilio aplinkoje (1/1) prie
aukšto dujų slėgio (2,5Pa) – 1280 MPa.
Remiantis EDX rezultatais matome, kad šiame bandinyje
anglie atomų procentinis vidurkis siekia beveik švitinto
bandinio Ar aplinkoje prie aukšto dujų slėgio anglies atomų
procentinį vidurkį – 85 at% . Tai patvirtina kad mikro kietumas priklauso nuo anglies koncentracijos.
Taip pat tribologinės analizės rezultatai parodo kad šio
bandinio trinties koeficientas mažiausias – 0.27. Tai patvirtina
kad ši danga kiečiausia.