Skip to main content
Erschienen in: Metals and Materials International 8/2022

25.11.2021

Effect of Carbon-Doping on Microstructure and Nanomechanical/Tribological Behavior of Ti–B–C Coatings onto H13 Steel

verfasst von: E. Contreras, D. Grisales, W. Tillmann, A. Hurtado-Macias, M. A. Gómez-Botero

Erschienen in: Metals and Materials International | Ausgabe 8/2022

Einloggen

Aktivieren Sie unsere intelligente Suche, um passende Fachinhalte oder Patente zu finden.

search-config
loading …

Abstract

Due to its high hardness, chemical and thermal resistance, TiB2 has become a great candidate to be used as a protective coating. However, high residual stresses after the deposition and brittleness have become the main obstacles for implementation at industrial levels. In the present work, the incorporation of graphite was studied as an alternative to improve the performance of the TiB2 coatings and study the influence in the microstructure, Nano mechanical and tribological properties. Ti–B–C coatings were deposited with different carbon contents of 10, 20, 28 and 38 at%. XRD results showed that the carbon atoms enter within the crystal lattice of the TiB2 forming a solid solution, and consequently, deforming crystal and modifying its lattice parameter of 3.2237–3.3414 Å. HRTEM images and selected area electron diffraction patterns analysis display the low crystallite or degree of amorphosity due to the carbon concentration (C1.9 mol). Compressive residual stresses decrease in the coatings containing the higher amounts of carbon. The formation of a TiB2-C solid solution contributed to the increment of nanohardness (H = 25 GPa) and improvement of the resistance to plastic deformation (H3/E2) of coatings. Regarding the tribological behaviour of the coatings, higher friction coefficient than those obtained on the uncoated substrate were observed. However, a reduction of the wear rate was also evident. The presence of a high amount of debris and severe wear of the counterpart material indicates a highly aggressive tribological contact. Roll-like debris with a shape of needles was found within the tribological tracks perpendicular to the sliding direction.

Graphic Abstract

Sie haben noch keine Lizenz? Dann Informieren Sie sich jetzt über unsere Produkte:

Springer Professional "Wirtschaft+Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft+Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 102.000 Bücher
  • über 537 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Maschinenbau + Werkstoffe
  • Versicherung + Risiko

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 390 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Maschinenbau + Werkstoffe




 

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Literatur
1.
Zurück zum Zitat R.G. Munro, J. Res. Natl. Inst. Stand. Technol. 105, 709 (2000) R.G. Munro, J. Res. Natl. Inst. Stand. Technol. 105, 709 (2000)
2.
Zurück zum Zitat I. Sulima, Arch. Metall. Mater. 59, 1269 (2014) I. Sulima, Arch. Metall. Mater. 59, 1269 (2014) 
3.
Zurück zum Zitat B. Basu, G.B. Raju, A.K. Suri, Int. Mater. Rev. 51, 352 (2006) B. Basu, G.B. Raju, A.K. Suri, Int. Mater. Rev. 51, 352 (2006)
4.
Zurück zum Zitat M. Mikula, B. Grančič, V. Buršíková, A. Csuba, M. Držík, Š Kavecký, A. Plecenik, P. Kúš, Vacuum 82, 278 (2007) M. Mikula, B. Grančič, V. Buršíková, A. Csuba, M. Držík, Š Kavecký, A. Plecenik, P. Kúš, Vacuum 82, 278 (2007)
5.
Zurück zum Zitat M.A. Gómez, G.B. Gaitán, J.A. Osorio, Rev. Fac. Ing. Univ. Ant. 54, 91 (2010) M.A. Gómez, G.B. Gaitán, J.A. Osorio, Rev. Fac. Ing. Univ. Ant. 54, 91 (2010)
6.
Zurück zum Zitat G. Bejarano, J. Caicedo, J.M. Saldaña, Rev. Fac. Ing. Univ. Ant. 44, 36 (2008) G. Bejarano, J. Caicedo, J.M. Saldaña, Rev. Fac. Ing. Univ. Ant. 44, 36 (2008)
7.
Zurück zum Zitat C. Mitterer, M. Rauter, P. Rödhammer, Surf. Coat. Tech. 41, 351 (1990) C. Mitterer, M. Rauter, P. Rödhammer, Surf. Coat. Tech. 41, 351 (1990)
8.
Zurück zum Zitat O. Knotek, R. Breidenbach, F. Jungblut, F. Löffler, Surf. Coat. Tech. 43-44, 107 (1990) O. Knotek, R. Breidenbach, F. Jungblut, F. Löffler, Surf. Coat. Tech. 43-44, 107 (1990)
9.
Zurück zum Zitat H. Holleck, M. Lahres, Mater. Sci. Eng. A 140, 609 (1991) H. Holleck, M. Lahres, Mater. Sci. Eng. A 140, 609 (1991)
10.
Zurück zum Zitat D. Zhong, J.J. Moore, B.M. Mishra, T. Ohno, E.A. Levashov, J. Disam, Surf. Coat. Tech. 163-164, 50 (2003) D. Zhong, J.J. Moore, B.M. Mishra, T. Ohno, E.A. Levashov, J. Disam, Surf. Coat. Tech. 163-164, 50 (2003)
11.
Zurück zum Zitat P.H. Mayrhofer, C. Mitterer, Surf. Coat. Tech. 133-134, 131 (2000) P.H. Mayrhofer, C. Mitterer, Surf. Coat. Tech. 133-134, 131 (2000)
12.
Zurück zum Zitat C. Mitterer, P.H. Mayrhofer, M. Beschliesser, P. Losbichler, P. Warbichler, F. Hofer, P.N. Gibson, W. Gissler, H. Hruby, J. Musil, J. Vlček, Surf. Coat. Tech. 120, 405 (1999) C. Mitterer, P.H. Mayrhofer, M. Beschliesser, P. Losbichler, P. Warbichler, F. Hofer, P.N. Gibson, W. Gissler, H. Hruby, J. Musil, J. Vlček, Surf. Coat. Tech. 120, 405 (1999)
13.
Zurück zum Zitat E. Contreras, Y. Galindez, M.A. Gómez, Surf. Coat. Tech. 350, 298 (2018) E. Contreras, Y. Galindez, M.A. Gómez, Surf. Coat. Tech. 350, 298 (2018)
14.
Zurück zum Zitat N. Panich, Y. Sun, Surf. Coat. Tech. 198, 14 (2005) N. Panich, Y. Sun, Surf. Coat. Tech. 198, 14 (2005)
15.
Zurück zum Zitat C.M.T. Sanchez, B.R. Plata, M.E.H.M. da Costa, F.L. Freire, Surf. Coat. Tech. 205, 3698 (2011) C.M.T. Sanchez, B.R. Plata, M.E.H.M. da Costa, F.L. Freire, Surf. Coat. Tech. 205, 3698 (2011)
16.
Zurück zum Zitat B. Park, D.H. Jung, H. Kim, K.C. Yoo, J.J. Lee, J. Joo, Surf. Coat. Tech. 200, 726 (2005) B. Park, D.H. Jung, H. Kim, K.C. Yoo, J.J. Lee, J. Joo, Surf. Coat. Tech. 200, 726 (2005)
17.
Zurück zum Zitat J. Lauridsen, N. Nedfors, U. Jansson, J. Jensen, P. Eklund, L. Hultman, Appl. Surf. Sci. 258, 9907 (2012) J. Lauridsen, N. Nedfors, U. Jansson, J. Jensen, P. Eklund, L. Hultman, Appl. Surf. Sci. 258, 9907 (2012)
18.
Zurück zum Zitat J.C. Qian, Z.F. Zhou, W.J. Zhang, K.Y. Li, I. Bello, L. Martinu, J.E. Klemberg-Sapieha, Surf. Coat. Tech. 270, 290 (2015) J.C. Qian, Z.F. Zhou, W.J. Zhang, K.Y. Li, I. Bello, L. Martinu, J.E. Klemberg-Sapieha, Surf. Coat. Tech. 270, 290 (2015)
19.
Zurück zum Zitat E. Gracia-Escosa, I. García, J.C. Sánchez-López, M.D. Abad, A. Mariscal, M.A. Arenas, J. de Damborenea, A. Conde, Surf. Coat. Tech. 263, 78 (2015) E. Gracia-Escosa, I. García, J.C. Sánchez-López, M.D. Abad, A. Mariscal, M.A. Arenas, J. de Damborenea, A. Conde, Surf. Coat. Tech. 263, 78 (2015)
20.
Zurück zum Zitat B. Kurt, L. Özdoğan, B. Güney, O. Bölükbaşı, A. Günen, Surf. Coat. Tech. 385, 125332 (2020) B. Kurt, L. Özdoğan, B. Güney, O. Bölükbaşı, A. Günen, Surf. Coat. Tech. 385, 125332 (2020)
21.
Zurück zum Zitat M.D. Abad, J.C. Sánchez-López, M. Brizuela, A. García-Luis, D.V. Shtansky, Thin Solid Films 518, 5546 (2010) M.D. Abad, J.C. Sánchez-López, M. Brizuela, A. García-Luis, D.V. Shtansky, Thin Solid Films 518, 5546 (2010)
22.
Zurück zum Zitat A. Skumavc, J. Tušek, A. Nagode, D. Klobčar, Surf. Coat. Tech. 285, 204 (2016) A. Skumavc, J. Tušek, A. Nagode, D. Klobčar, Surf. Coat. Tech. 285, 204 (2016)
23.
Zurück zum Zitat A. Günen, İ.H. Karahan, M.S. Karakaş, B. Kurt, Y. Kanca, V.V. Çay, M. Yıldız, Met. Mater. Int. 26, 1329 (2020) A. Günen, İ.H. Karahan, M.S. Karakaş, B. Kurt, Y. Kanca, V.V. Çay, M. Yıldız, Met. Mater. Int. 26, 1329 (2020)
24.
Zurück zum Zitat W.C. Oliver, G.M. Pharr, J. Mater. Res. 7, 1564 (1992) W.C. Oliver, G.M. Pharr, J. Mater. Res. 7, 1564 (1992)
25.
Zurück zum Zitat M.F. Doerner, D.S. Gardner, W.D. Nix, J. Mater. Res. 1, 845 (1986) M.F. Doerner, D.S. Gardner, W.D. Nix, J. Mater. Res. 1, 845 (1986)
26.
Zurück zum Zitat I.N. Sneddon, Int. J. Eng. Sci. 3, 47 (1965) I.N. Sneddon, Int. J. Eng. Sci. 3, 47 (1965)
27.
Zurück zum Zitat X. Yan, T. Xu, G. Chen, S. Yang, H. Liu, Appl. Surf. Sci. 236, 328 (2004) X. Yan, T. Xu, G. Chen, S. Yang, H. Liu, Appl. Surf. Sci. 236, 328 (2004)
28.
Zurück zum Zitat T.J. Dines, D. Tither, A. Dehbi, A. Matthews, Carbon 29, 225 (1991) T.J. Dines, D. Tither, A. Dehbi, A. Matthews, Carbon 29, 225 (1991)
29.
Zurück zum Zitat U.D. Wdowik, A. Twardowska, B. Rajchel, Adv. Condens. Matter. Phys. 2017, 4207301(2017) U.D. Wdowik, A. Twardowska, B. Rajchel, Adv. Condens. Matter. Phys. 2017,  4207301(2017)
30.
Zurück zum Zitat Y. Zhou, R. Asaki, W.H. Soe, R. Yamamoto, R. Chen, A. Iwabuchi, Wear 236, 159 (1999) Y. Zhou, R. Asaki, W.H. Soe, R. Yamamoto, R. Chen, A. Iwabuchi, Wear 236, 159 (1999)
31.
Zurück zum Zitat A. Leyland, A. Matthews, Wear 246, 1 (2000) A. Leyland, A. Matthews, Wear 246, 1 (2000)
32.
Zurück zum Zitat X. Li, B. Bhushan, Mater. Charact. 48, 11 (2002) X. Li, B. Bhushan, Mater. Charact. 48, 11 (2002)
33.
Zurück zum Zitat R. Rodríguez-Baracaldo, J.A. Benito, E.S. Puchi-Cabrera, M.H. Staia, Wear 262, 380 (2007) R. Rodríguez-Baracaldo, J.A. Benito, E.S. Puchi-Cabrera, M.H. Staia, Wear 262, 380 (2007)
34.
Zurück zum Zitat J.C. Caicedo, O.A. Zambrano, Y. Aguilar, Surf. Coat. Tech. 342, 146 (2018) J.C. Caicedo, O.A. Zambrano, Y. Aguilar, Surf. Coat. Tech. 342, 146 (2018)
35.
Zurück zum Zitat B. Grossmann, M. Tkadletz, N. Schalk, C. Czettl, M. Pohler, C. Mitterer, Surf. Coat. Tech. 342, 190 (2018) B. Grossmann, M. Tkadletz, N. Schalk, C. Czettl, M. Pohler, C. Mitterer, Surf. Coat. Tech. 342, 190 (2018)
36.
Zurück zum Zitat Z. Zhou, W.M. Rainforth, C.C. Tan, P. Zeng, J.J. Ojeda, M.E. Romero-Gonzalez, P.E. Hovsepian, Wear 263, 1328 (2007) Z. Zhou, W.M. Rainforth, C.C. Tan, P. Zeng, J.J. Ojeda, M.E. Romero-Gonzalez, P.E. Hovsepian, Wear 263, 1328 (2007)
37.
Zurück zum Zitat F. Ge, P. Zhu, F. Meng, Q. Xue, F. Huang, Surf. Coat. Tech. 248, 81 (2014) F. Ge, P. Zhu, F. Meng, Q. Xue, F. Huang, Surf. Coat. Tech. 248, 81 (2014)
38.
Zurück zum Zitat Q. Yang, L.R. Zhao, P.C. Patnaik, X.T. Zeng, Wear 261, 119 (2006) Q. Yang, L.R. Zhao, P.C. Patnaik, X.T. Zeng, Wear 261, 119 (2006)
Metadaten
Titel
Effect of Carbon-Doping on Microstructure and Nanomechanical/Tribological Behavior of Ti–B–C Coatings onto H13 Steel
verfasst von
E. Contreras
D. Grisales
W. Tillmann
A. Hurtado-Macias
M. A. Gómez-Botero
Publikationsdatum
25.11.2021
Verlag
The Korean Institute of Metals and Materials
Erschienen in
Metals and Materials International / Ausgabe 8/2022
Print ISSN: 1598-9623
Elektronische ISSN: 2005-4149
DOI
https://doi.org/10.1007/s12540-021-01104-5

Weitere Artikel der Ausgabe 8/2022

Metals and Materials International 8/2022 Zur Ausgabe

    Marktübersichten

    Die im Laufe eines Jahres in der „adhäsion“ veröffentlichten Marktübersichten helfen Anwendern verschiedenster Branchen, sich einen gezielten Überblick über Lieferantenangebote zu verschaffen.