KFUPM ePrints

AlCrN HARD COATING DEPOSITED BY MAGNETRON SPUTTERING- SCRATCH, WEAR AND CREEP BEHAVIOR.

l AlCrN HARD COATING DEPOSITED BY MAGNETRON SPUTTERING- SCRATCH, WEAR AND CREEP BEHAVIOR. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img]PDF
7Mb

Arabic Abstract

الطلاء الصلد المحتوى على النيتريد له تطبيقات متزايدة فى صناعة ادوات القطع . انظمة الطلاء ثلاثى النيتريد اظهرت اداء افضل . طلاءات الألومنيوم كروم نيتريد قد يكون الطلاء الافضل للتطبيقات عالية الحرارة ويرجع ذلك الى مقاومته الممتازة للتاكسد. تم طلاء الألومنيوم كروم نيتريد على قوام اداة قطع مصنعة من الصلب بطريقة الرش المغناطيسية . تم تغيير نسبة الكروم الى الالومينيوم فى الطلاء باستخدام لوح الومينيوم مع مقابس كروم 2 و8. 0. تم استخدام طلاء بتركيبين مختلفين فى هذه الدراسه بنسبة كروم الى الالومينيوم 2 الى 0.8 . وتم ترسيب الطلاء باستخدام جهد -30,-50,-60 فولت . تم دراسة تاثير كلا من نسبة الكروم الى الالومينيوم و الفولت على مقاومة الخدش والبرى والزحف. وتم قياس مكونات الطلاء و تغيرمورفولوحيا السطح وتغيير التركيب فى مساحة المقطع وكذلك قياس الصلادة اوضحت النتائج ان كل الطلاءات تتكون من طبقات متعددة يتركيبات متنوعة . وايضا وجود طبقة مشتركة بسمك 500 نانوميتر بين الطلاء والركيزة . واوضحت النتائج ان مقاومة الخدش كانت عالية فى الطلاء دات نسبة عاليه من الكروم للالومينيوم. وكذلك اظهرت النتائج عدم وجود علاقة واصحة بين الجهد والحمل الحرج للطلاء,ولوحظ وجود تنسل فى الطلاء المكون من نسبة عاليه من الكروم للالومينيوم وعدم ظهوره فى الطلاء المكون من نسب منخفضه من الكروم للالومينيوم. معدل التاكل يقل بزيادة الجهد مع ثبات نسبة الكروم للالومينيوم نتيجة زيادة الصلاده . اظهرت النتائج النتائج وجود تباين فى مقاومة البرى لنسب 2 و0.8 من الكروم للالومينيوم مع ثبات الجهد , ربما يرجع ذلك لعدم تنسل الطلاء المكون من نسب منخفضه من الكروم للالومينيوم. مقاومة الزحف للطلاء المحتوى على الألومنيوم كروم نيتريد وجد انها تتاثر بنسبة الكروم للالومينيوم . وكانت مقاومة الزحف عالية عند درجات الحرارة المنخفضة ( , 75,50,25) درجة مئويه فى الطلاء المكون من نسبة عاليه من الكروم للالومينيوم بينما عند درجة حرارة 100 درجة مئويه وصل تغلغل الجسم المحدث للاثر الى 60 % من سمك الطلاء مما حد من قيمة القياسات عند هذه الدرجة.

English Abstract

Nitride based hard coatings find increasing applications in the tool industry. Ternary nitride coating systems generally display excellent performance. Aluminium Chromium Nitride (AlCrN) films are probably the most promising coatings for high temperature applications due to their excellent oxidation resistance. AlCrN coatings were deposited on tool steel substrates by magnetron sputtering method. Cr/Al composition ratio in the coating was varied by using an aluminum target plate with 4 and 8 chromium plugs. Two coating compositions have been considered for this study with Cr/Al of approximately 2.0 and 0.8. The coatings were deposited using three biasing voltages of -30 V, -50 V, and -60 V. The effects of Cr/Al ratio and biasing voltage on the scratch resistance, wear resistance and creep resistance were analyzed. The coating compositions, surface morphologies, cross-sectional composition variations, phases and vicker hardnesses were characterized. Results showed that all the coatings were comprised of multiple layers with varying composition. An interface layer of around 500 nm was observed between the substrate and the coatings. The scratch resistance was higher for the coating with higher Cr/Al content. Biasing voltage exhibited no clear correlation with the coating critical load. Coating delamination was found in higher Cr/Al content coating with no observable coating delamination in lower Cr/Al coating. The wear rate decreased with increasing biasing voltage for fixed Cr/Al content probably because of increased hardness. Comparable wear rates were obtained for Cr/Al content of 2.0 and 0.8 at a fixed biasing voltage. This may be because of no coating delamination in lower Cr/Al content coating. The creep resistance of AlCrN based coatings was sensitive to Cr/Al content. At low temperatures (i.e. 25 C, 50 C and 75 C), creep resistance was higher for the high Cr/Al coating. At 100 C, indenter penetration reached up to 60 % of the coating thickness. The large indenter penetration invalidated the creep results at 100 C.



Item Type:Thesis (Masters)
Subjects:Engineering
Mechanical
Divisions:College Of Engineering Sciences > Mechanical Engineering Dept
Committee Advisor:Gasem, Dr.Zuhair Mattoug
Committee Members:Laoui, Dr.Tahar and Hassan, Dr.Syed Fida
ID Code:138994
Deposited By:ALAM SHAHNAWAZ (g201004920)
Deposited On:01 Oct 2013 16:03
Last Modified:24 Nov 2014 10:46

Repository Staff Only: item control page