TiN and CrN thin films are among the most used coatings in machine and tool steels. TiN and CrN are deposited by arc ion plating(AIP) method. The AIP method inhibits the reaction by depositing a hard, protective coating on the material surface. In this study, the characteristics of multi-layer(TiN/CrN/TiN(TCT), CrN/TiN/CrN(CTC)) are investigated. For comparison, TiN with the same thickness as the multilayer is formed as a single layer and analyzed. Thin films formed as multilayers are well stacked. The characteristics of micro hardness and corrosion resistance are better than those of single layer TiN. The TiN/CrN peak is confirmed because both TCT and CTC are formed of the same component(TiN, CrN), and the phase is first grown in the (111) direction, which is the growth direction. However, the adhesion and abrasion resistance of the multilayer films are somewhat lower.
In a polymer membrane fuel cell stack, the bipolar plate is a key element because it accounts for over 50% of total costs of the stack. In order to lower the cost of bipolar plates, 316L stainless steels coated with nitrides such as TiN and CrN by physical vapor deposition were investigated as alternative materials for the replacement of traditional brittle graphite bipolar-plates. For this purpose, interfacial contact resistances were measured and electrochemical corrosion tests were conducted. The results showed that although both TiN and CrN coatings decreased the interfacial contact resistances to less than $10m{\Omega}{\cdot}cm^2$, they did not significantly improve the corrosion resistance in simulated polymer electrolyte membrane fuel cell environments. A CrN coating on 316L stainless steel showed better corrosion resistance than a TiN coating did, indicating the possibility of using modified CrN coated metallic bipolar plates to replace graphite bipolar plates.
This paper deals with the effect of coating layer on the fatigue strength of TiN coated 1Cr-1Mo-0.25V steel prepared by using the arc ion plating (AIP) process, in which it was characterized by the presence of extractor grid (ion filter). The rotary bending fatigue tests were carried out under room air conditions, and the fatigue crack initiation and growth bwhavior were observed by using plastic replica method. As experimental results, it was found that the obvious improvement of fatigue life at lower stress region was confirmed in TiN coated specimen processed with ion filter. It was also exlained that the increase of fatigue life in the case of an improved AIP process with ion filter was attributed to the retardation of crack initiation of the substrate surface due to hard coating layer, more densly formed with the reduced size and density of droplets.
The TiCrN Coatings haying three kinds of Compositions of $Ti_{36}$$Cr_{26}$$N_{38}$ , $Ti_{31}$$Cr_{35}$$N_{34}$ / and $Ti_{14}$$Cr_{52}$$N_{34}$ were deposited on STD 61 steel substrate by arc ion plating and were oxidized between 700 and 100$0^{\circ}C$ to identify the oxide scales formed on the coatings. The oxide scales were then analyzed using EPMA, XRD and GAXRD. During oxidation, the coatings consisting of TiN and CrN phases were reduced to TiO2 and $Cr_2$$O_3$, respectively. Titania tended to form at the outer oxide layer, whereas chromia tended to form at the inner oxide layer, owing to the different oxygen affinity. The substrate elements as well as coating elements diffused outwardly toward the oxide layer due to the concentration gradient. The growth of oxide from the TiCrN coatings was schematically expressed on the basis of thickness measurement of the reacted and unreacted coatings. The Cr element showed its stronger role to keep the TiCrN coatings from oxidation, when compared with Ni.
The wear characteristics and wear mechanisms of plasma sprayed Al/sub 2/ O/sub 3/-40%TiO/sub 2/ and Cr/sub 2/O/sub 3/ deposited on casting aluminum alloy(AC4C) were investigated. Specimens were processed for various coating thicknesses. Ball on disk type wear tester was used for wear test. The scratch test on plasma sprayed coating surface showed that critical load to break the coating layer was greater than 40 N. The critical load increase with the increase of coating thickness of specimens. The friction coefficient of Cr/sub 2/O/sub 3/ coating layer was less than that of Al/sub 2/O/sub 3/-40%TiO/sub 2/ coating layer. The wear resistance of Cr/sub 2/O/sub 3/ coating layer was greater than that of Al/sub 2/O/sub 3/-40%TiO/sub 2/ coating layer. Microscopic observation of worn surfaces was made by SEM. SEM observation showed that the main mechanism of wear for Al/sub 2/O/sub 3/-40%TiO/sub 2/ coating layer was abrasive wear under 50 N. For the case of Al/sub 2/O/sub 3/-40%TiO/sub 2/ coating layer, as the surface cracks perpendicular to sliding direction propagated, the wear debris was generated in wear track. However, the main mechanism of wear for Cr/sub 2/O/sub 3/ coating layer was brittle fracture under 150 N.
목적: 본 연구는 Co-Cr, Ti-6Al-4V 합금에 Zirconium Nitride (이하 ZrN) 적용 시, 의치상 레진과의 접착력을 비교하는 것이다. 연구 재료 및 방법: Co-Cr, Ti-6Al-4V 디스크(직경 10 mm, 두께 2.5 mm)를 각각 14개씩 제작하였고, ZrN 코팅에 따라 2개의 그룹으로 나누었다. Primer로 시편 전처리 후, 의치상 레진(직경 6 mm, 두께 5 mm)을 부착하였다. 표면 측정기를 이용하여 시편의 거칠기를 측정한 후, 만능 시험기를 이용하여 전단결합강도를 측정하였으며, 이원분산분석으로 통계 분석하였다. 시편 표면과 파절 양상을 주사전자현미경을 이용하여 관찰하였다. 결과: ZrN을 코팅한 시편에서 유의하게 높은 표면 거칠기를 나타내었고(P < 0.05), 전단결합강도는 낮았다(P < 0.001). ZrN 코팅 시편에서는 혼합성 파절과 부착성 파절이 함께 나타났다. 결론: Co-Cr, Ti-6Al-4V 합금에서 ZrN 코팅 처리는 의치상 레진과의 결합력을 약화시켰다.
Quaternary Ti-Cr-Si-N coatings were synthesized onto steel substrates (SKD 11) using a hybrid method of arc ion plating (AIP) and sputtering techniques. For the Syntheses of Ti-Cr-Si-N coatings, the Ti-Cr-N coating process was performed substantially by a multi-cathodic AIP technique rising Cr and Ti targets, and Si was added by sputtering Si target during Ti-Cr-N deposition. In this work, comparative studies on microstructure and evaluation of mechanical properties between Ti-Cr-N and Ti-Cr-Si-N coatings were conducted. As the Si was incorporated into Ti-Cr-N coatings, the Ti-Cr-Si-N coatings showed largely increased hardness value of approximately 42 GPa than one of 28 GPa for Ti-Cr-N coatings. The average friction coefficient of Ti-Cr-N coatings largely decreased from 0.7 to 0.35 with increasing Si content up to 20 at. $\%$. In addition, wear behavior of Ti-Cr-N coatings against steel ball was much improved with Si addition due to the surface smoothening effect and tribe-chemical reaction.
TiAlN films were deposited on WC-5Co substrates with different buffer layers by D.C. magnetron sputtering. The films were evaluated by microstructural observations and measuring of preferred orientation, hardness value, and adhesion force. As a process variable, various buffer layers were used such as TiAlN single layer, TiAlN/TiAl, TiAlN/TiN and TiAlN/CrN. TiAlN coating layer showed columnar structures which grew up at a right angle to the substrates. The thickness of the TiAlN coating layer was about $1.8{\mu}m$, which was formed for 200 minutes at $300^{\circ}$. XRD analysis showed that the preferred orientation of TiAlN layer with TiN buffer layer was (111) and (200), and the specimens of TiAlN/TiAl, TiAlN/CrN, TiAlN single layer have preferred orientation of (111), respectively. TiAlN single layer and TiAlN/TiAl showed good adhesion properties, showing an over 80N adhesion force, while TiAlN/TiN film showed approximately 13N and the TiAlN/CrN was the worst case, in which the layer was destroyed because of high internal residual stress. The value of micro vickers hardness of the TiAlN single layer, TiAlN/TiAl and TiAlN/TiN layers were 2711, 2548 and 2461 Hv, respectively.
Effects of interlayer and the combination of different coating methods on the mechanical and corrosion behaviors of TiN and CrN coated on 420 stainless steel have been studied. STS 420 specimen were tempered at $300^{\circ}C$ for 1 hr in vacuum furnace. The TiN and CrN thin film with 2 ${\mu}m$ thickness were coated by arc ion plating and DC magnetron sputtering following the formation of interlayer for pure titanium and chromium with 0.2 ${\mu}m$ thickness. The microstructure and surface analysis of the specimen were conducted by using SEM, XRD and roughness tester. Mechanical properties such as hardness and adhesion also were examined. XRD patterns of TiN thin films showed that preferred TiN (111) orientation was observed. The peaks of CrN (111) and $Cr_2N$ (300) were only observed in CrN thin films deposited by arc ion plating. Both TiN and CrN deposited by arc ion plating had the higher adhesion and hardness compared to those formed by magnetron sputtering. The specimen of TiN and CrN on which interlayer deposited by magnetron sputtering and thin film deposited by arc ion plating had the highest adhesion with 22.2 N and 19.2 N. respectively. TiN and CrN samples shown the most noble corrosion potentials when the interlayers were deposited by using magnetron sputtering and the metal nitrides were deposited by using arc ion plating. The most noble corrosion potentials of TiN and CrN were found to be approximately -170 and -70 mV, respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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