Nemde DLC'de Aşınma Değerlendirmesinin Önemi

Elmas benzeri karbon (DLC) kaplamalar, mükemmel aşınma direnci ve çok düşük sürtünme katsayısı (COF) gibi gelişmiş tribolojik özelliklere sahiptir. DLC kaplamalar farklı malzemeler üzerine uygulandığında elmas özellikleri kazandırır. Uygun tribo-mekanik özellikler, DLC kaplamalarını havacılık parçaları, tıraş bıçakları, metal kesme aletleri, rulmanlar, motosiklet motorları ve tıbbi implantlar gibi çeşitli endüstriyel uygulamalarda tercih edilir hale getirir.

DLC kaplamalar, yüksek vakum ve kuru koşullar altında çelik bilyelere karşı çok düşük COF (0,1'in altında) sergiler¹². Bununla birlikte, DLC kaplamalar çevresel koşullardaki değişikliklere, özellikle de bağıl neme (RH) karşı hassastır³. Yüksek nem ve oksijen konsantrasyonuna sahip ortamlar COF'de önemli artışa neden olabilir⁴. Kontrollü nemde güvenilir aşınma değerlendirmesi, tribolojik uygulamalar için DLC kaplamaların gerçekçi çevresel koşullarını simüle eder. Kullanıcılar hedef uygulamalar için en iyi DLC kaplamalarını doğru karşılaştırmayla seçerler
Farklı neme maruz kalan DLC aşınma davranışlarının.

Ölçüm Hedefi

Bu çalışma Nanovea'yı tanıtıyor Tribometre Nem kontrol cihazıyla donatılmış bu cihaz, çeşitli bağıl nem koşullarında DLC kaplamaların aşınma davranışını araştırmak için ideal bir araçtır.

Test Prosedürü

DLC kaplamaların sürtünme ve aşınma direnci Nanovea Tribometer ile değerlendirildi. Test parametreleri Tablo 1'de özetlenmiştir. Tribo odasına takılan bir nem kontrol cihazı, bağıl nemi (RH) ±1% doğrulukla hassas bir şekilde kontrol etti. Testler sonrasında DLC kaplamalardaki aşınma izleri ve SiN toplarındaki aşınma izleri optik mikroskop kullanılarak incelendi.

Not: Yağlayıcı veya yüksek sıcaklık gibi çevresel koşullar altında farklı malzeme bağlantısının performansını simüle etmek için herhangi bir katı bilye malzemesi uygulanabilir.

Sonuçlar ve Tartışma

DLC kaplamalar, düşük sürtünmeleri ve üstün aşınma dirençleri nedeniyle tribolojik uygulamalar için mükemmeldir. DLC kaplama sürtünmesi Şekil 2'de gösterilen neme bağlı davranış sergilemektedir. DLC kaplama, nispeten kuru koşullarda (10% RH) aşınma testi boyunca ~0,05'lik çok düşük bir COF gösterir. RH 30%'ye yükseldikçe DLC kaplama test sırasında ~0,1'lik sabit bir COF sergiler. RH 50%'nin üzerine çıktığında COF'un ilk çalışma aşaması ilk 2000 devirde gözlemlenir. DLC kaplama 50, 70 ve 90% bağıl nemde sırasıyla ~0.20, ~0.26 ve ~0.33 maksimum COF gösterir. Alıştırma döneminin ardından, DLC kaplama COF'si 50, 70 ve 90% RH'de sırasıyla ~0.11, 0.13 ve 0.20'de sabit kalır.

Şekil 3'te SiN bilye aşınma izleri ve Şekil 4'te aşınma testlerinden sonra DLC kaplama aşınma izleri karşılaştırılmaktadır. DLC kaplama düşük nemli bir ortama maruz kaldığında aşınma izinin çapı daha küçük olmuştur. Temas yüzeyinde tekrarlayan kayma işlemi sırasında SiN bilye yüzeyinde transfer DLC tabakası birikir. Bu aşamada DLC kaplama, bağıl hareketi kolaylaştırmak ve kesme deformasyonunun neden olduğu daha fazla kütle kaybını sınırlamak için etkili bir yağlayıcı görevi gören kendi transfer katmanına karşı kayar. Düşük bağıl nem ortamlarında (örn. 10% ve 30%) SiN bilyenin aşınma izinde bir transfer filmi gözlemlenir ve bu da bilye üzerinde yavaşlatılmış bir aşınma sürecine neden olur. Bu aşınma süreci Şekil 4'te gösterildiği gibi DLC kaplamanın aşınma izi morfolojisine de yansımaktadır. DLC kaplama, temas arayüzünde sürtünmeyi ve aşınma oranını önemli ölçüde azaltan stabil bir DLC transfer filmi oluşumu nedeniyle kuru ortamlarda daha küçük bir aşınma izi sergiler.

Sonuç

Nem, DLC kaplamaların tribolojik performansında hayati bir rol oynar. DLC kaplama, kayan muadilinin (bu çalışmada bir SiN topu) üzerine aktarılan stabil bir grafit tabakasının oluşması nedeniyle kuru koşullarda önemli ölçüde arttırılmış aşınma direncine ve üstün düşük sürtünmeye sahiptir. DLC kaplama, göreceli hareketi kolaylaştırmak ve kayma deformasyonunun neden olduğu daha fazla kütle kaybını sınırlamak için etkili bir yağlayıcı görevi gören kendi transfer katmanına doğru kayar. Artan bağıl nem ile SiN bilyesi üzerinde bir film gözlemlenmez, bu da SiN bilyası ve DLC kaplaması üzerinde aşınma oranının artmasına neden olur.

Nanovea Tribometre, önceden entegre edilmiş tek bir sistemde isteğe bağlı nem modülleri ile ISO ve ASTM uyumlu döner ve doğrusal modları kullanarak tekrarlanabilir aşınma ve sürtünme testleri sunar. Kullanıcıların çalışma ortamını farklı nem koşullarında simüle etmelerine olanak tanıyarak, kullanıcılara farklı çalışma koşulları altında malzemelerin tribolojik davranışlarını niceliksel olarak değerlendirmek için ideal bir araç sağlar.

Nanovea Tribometre ve Laboratuvar Hizmeti Hakkında Daha Fazla Bilgi Edinin

1 C. Donnet, Surf. Kaplama. Technol. 100-101 (1998) 180.

2 K. Miyoshi, B. Pohlchuck, K.W. Street, J.S. Zabinski, J.H. Sanders, A.A. Voevodin, R.L.C. Wu, Wear 225-229 (1999) 65.

3 R. Gilmore, R. Hauert, Surf. Kaplama. Technol. 133-134 (2000) 437.

4 R. Memming, H.J. Tolle, P.E. Wierenga, Thin Solid Coatings 143 (1986) 31