Published February 1, 2020 | Version v1
Publication Open

Surface modification of M2 steel by combination of cathodic cage plasma deposition and magnetron sputtered MoS2-TiN multilayer coatings

Creators

  • 1. Universidade Federal do Rio Grande do Norte
  • 2. Faculdade de Tecnologia e Ciências
  • 3. University of Azad Jammu and Kashmir

Description

Titanium nitride (TiN) is a good choice for the improvement in surface hardness of high-speed steel. Unfortunately, it has low adhesion with substrate and exhibits high friction coefficient; as a result it does not provide sufficient protection against sliding wear in metal-to-metal contact. The adhesion problem can be removed by nitriding process, whereas friction coefficient can be reduced by solid lubrication coating. In this study, an attempt is made to synthesize TiN hard coating as well as solid lubrication coating of molybdenum disulfide (MoS2) using magnetron sputtering, along with substrate pre-treatment by cathodic cage plasma deposition using titanium cathodic cage. The cathodic cage plasma nitrided sample exhibits significantly higher surface hardness, which reduced by solid lubrication coating. The nitrided sample depicts the presence of iron nitrides, TiN and nitrogen diffused martensite phases, whereas coated samples shows the presence of MoS2 and TiN phases. The friction coefficient and machining temperature are dramatically reduced by lubrication coating. This study recommends that the use of cathodic cage plasma nitriding using titanium cathodic cage is beneficial for improved surface hardness, and addition of solid lubrication coating is beneficial for reducing the coefficient of friction and machining temperature by scarifying hardness. As, both the systems are already proven to be appropriate for industrial-scale uses, thus results from this study can be applied for industrial-scale application.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

نيتريد التيتانيوم (TiN) هو خيار جيد لتحسين صلابة سطح الفولاذ عالي السرعة. لسوء الحظ، يحتوي على التصاق منخفض مع الركيزة ويظهر معامل احتكاك مرتفع ؛ ونتيجة لذلك لا يوفر حماية كافية ضد التآكل المنزلق عند التلامس من معدن إلى معدن. يمكن إزالة مشكلة الالتصاق عن طريق عملية النيترة، في حين يمكن تقليل معامل الاحتكاك عن طريق طلاء التشحيم الصلب. في هذه الدراسة، تجري محاولة لتجميع الطلاء الصلب TiN وكذلك طلاء التشحيم الصلب لثاني كبريتيد الموليبدينوم (MoS2) باستخدام الرش المغنطروني، جنبًا إلى جنب مع المعالجة المسبقة للركيزة عن طريق ترسيب البلازما في القفص الكاثودي باستخدام القفص الكاثودي التيتانيوم. تُظهر عينة بلازما القفص الكاثودي المعززة بالنترات صلابة سطح أعلى بكثير، والتي يتم تقليلها بواسطة طلاء التشحيم الصلب. تصور العينة النيتريدية وجود نتريدات الحديد ومراحل المارتنزيت المنتشرة بالنيتروجين، في حين تظهر العينات المغلفة وجود مراحل MoS2 و TiN. يتم تقليل معامل الاحتكاك ودرجة حرارة المعالجة بشكل كبير عن طريق طلاء التشحيم. توصي هذه الدراسة بأن استخدام نيترة بلازما القفص الكاثودي باستخدام القفص الكاثودي التيتانيوم مفيد لتحسين صلابة السطح، وإضافة طلاء التشحيم الصلب مفيد لتقليل معامل الاحتكاك ودرجة حرارة المعالجة عن طريق تخدش الصلابة. نظرًا لأن كلا النظامين قد ثبت بالفعل أنهما مناسبان للاستخدامات على نطاق صناعي، وبالتالي يمكن تطبيق نتائج هذه الدراسة للتطبيق على نطاق صناعي.

Translated Description (French)

Le nitrure de titane (TiN) est un bon choix pour l'amélioration de la dureté de surface de l'acier rapide. Malheureusement, il a une faible adhérence avec le substrat et présente un coefficient de frottement élevé ; par conséquent, il ne fournit pas une protection suffisante contre l'usure par glissement en contact métal-métal. Le problème d'adhérence peut être éliminé par un procédé de nitruration, tandis que le coefficient de frottement peut être réduit par un revêtement de lubrification solide. Dans cette étude, une tentative est faite pour synthétiser le revêtement dur de TiN ainsi que le revêtement de lubrification solide de disulfure de molybdène (MoS2) en utilisant la pulvérisation magnétron, ainsi que le prétraitement du substrat par dépôt de plasma à cage cathodique en utilisant une cage cathodique en titane. L'échantillon nitruré au plasma de cage cathodique présente une dureté de surface significativement plus élevée, qui est réduite par un revêtement de lubrification solide. L'échantillon nitruré représente la présence de nitrures de fer, de TiN et de phases de martensite diffusées à l'azote, tandis que les échantillons revêtus montrent la présence de phases MoS2 et TiN. Le coefficient de frottement et la température d'usinage sont considérablement réduits par le revêtement de lubrification. Cette étude recommande que l'utilisation de la nitruration par plasma à cage cathodique utilisant une cage cathodique en titane soit bénéfique pour améliorer la dureté de surface, et l'ajout d'un revêtement de lubrification solide est bénéfique pour réduire le coefficient de frottement et la température d'usinage en scarifiant la dureté. Comme les deux systèmes se sont déjà révélés appropriés pour des utilisations à l'échelle industrielle, les résultats de cette étude peuvent donc être appliqués à des applications à l'échelle industrielle.

Translated Description (Spanish)

El nitruro de titanio (TiN) es una buena opción para mejorar la dureza superficial del acero de alta velocidad. Desafortunadamente, tiene baja adhesión con el sustrato y exhibe un alto coeficiente de fricción; como resultado, no proporciona suficiente protección contra el desgaste por deslizamiento en el contacto metal con metal. El problema de la adhesión se puede eliminar mediante un proceso de nitruración, mientras que el coeficiente de fricción se puede reducir mediante un recubrimiento de lubricación sólido. En este estudio, se intenta sintetizar el recubrimiento duro de TiN, así como el recubrimiento de lubricación sólido de disulfuro de molibdeno (MoS2) mediante pulverización catódica con magnetrón, junto con el pretratamiento del sustrato mediante deposición de plasma de jaula catódica utilizando jaula catódica de titanio. La muestra nitrurada por plasma de la jaula catódica exhibe una dureza superficial significativamente mayor, que se reduce por el recubrimiento de lubricación sólido. La muestra nitrurada muestra la presencia de nitruros de hierro, TiN y fases de martensita difusa de nitrógeno, mientras que las muestras recubiertas muestran la presencia de fases de MoS2 y TiN. El coeficiente de fricción y la temperatura de mecanizado se reducen drásticamente mediante el recubrimiento de lubricación. Este estudio recomienda que el uso de nitruración por plasma de jaula catódica utilizando jaula catódica de titanio es beneficioso para mejorar la dureza de la superficie, y la adición de recubrimiento de lubricación sólido es beneficioso para reducir el coeficiente de fricción y la temperatura de mecanizado escarificando la dureza. Como ya se ha demostrado que ambos sistemas son apropiados para usos a escala industrial, los resultados de este estudio se pueden aplicar para aplicaciones a escala industrial.

Files

SurfaceModification_ALVES_2020%20%282%29.pdf.pdf

Files (4.6 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:2707beb7448b53c153acf9568669ed71
4.6 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تعديل سطح الفولاذ M2 عن طريق الجمع بين ترسيب البلازما في القفص الكاثودي والطلاء متعدد الطبقات MoS2 - TiN المغنطروني
Translated title (French)
Modification de la surface de l'acier M2 par combinaison d'un dépôt de plasma cathodique en cage et de revêtements multicouches de MoS2-TiN pulvérisés par magnétron
Translated title (Spanish)
Modificación de la superficie del acero M2 mediante la combinación de deposición de plasma de jaula catódica y recubrimientos multicapa de MoS2-TiN pulverizados por magnetrón

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3000033389
DOI
10.1016/j.surfcoat.2019.125327

Is supplement to
https://openalex.org/W3037678844 (Other)
https://openalex.org/W2954292566 (Other)
https://openalex.org/W2607256629 (Other)
https://openalex.org/W2383994529 (Other)
https://openalex.org/W2356515600 (Other)
https://openalex.org/W2081707664 (Other)
https://openalex.org/W2063426400 (Other)
https://openalex.org/W2002406289 (Other)
https://openalex.org/W1969191451 (Other)
https://openalex.org/W1966571600 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Brazil

References

  • https://openalex.org/W1966335636
  • https://openalex.org/W1971111028
  • https://openalex.org/W1971533187
  • https://openalex.org/W1973609149
  • https://openalex.org/W1974529305
  • https://openalex.org/W1980849693
  • https://openalex.org/W1984691668
  • https://openalex.org/W1987135856
  • https://openalex.org/W1989889118
  • https://openalex.org/W2002288288
  • https://openalex.org/W2004168287
  • https://openalex.org/W2019589365
  • https://openalex.org/W2039324575
  • https://openalex.org/W2039619634
  • https://openalex.org/W2050720478
  • https://openalex.org/W2060144567
  • https://openalex.org/W2071680449
  • https://openalex.org/W2079021890
  • https://openalex.org/W2081048872
  • https://openalex.org/W2084875602
  • https://openalex.org/W2091042600
  • https://openalex.org/W2093433353
  • https://openalex.org/W2106983975
  • https://openalex.org/W2107611728
  • https://openalex.org/W2166763153
  • https://openalex.org/W2264204271
  • https://openalex.org/W2268074654
  • https://openalex.org/W2620757704
  • https://openalex.org/W2774534433
  • https://openalex.org/W2903499625
  • https://openalex.org/W2921403138
  • https://openalex.org/W2947664215
  • https://openalex.org/W2954186218
  • https://openalex.org/W2955956165
  • https://openalex.org/W2972767508