Cr-N films were deposited on low-carbon steel sheets by the reactive arc-induced ion plating (AIIP). The influence of the deposition conditions (nitrogen pressure and substrate bias voltage) on the crystal orientation, morphology and microhardness of the Cr-N films has been investigated using x-ray diffractometer and scanning electron microscope. The impurities and contaminations on the surface and at the interface, and the layer-by-layer compositions of the film have been analyzed using scanning Auger multiprobe (SAM) and glow discharge spectroscope (GDS). The mixed state of Cr and Cr₂N turned out to have a fine fibrous structure. The Cr₂N films were deposited at a wide range of nitrogen flow rates. The orientations of Cr₂N films were mainly (110) and (111), and the intensity of the (111) peak increased as the substrate bias voltage increased. The microstructure of the Cr₂N film was dense and no columnar structure was observed. The films in the mixed state of Cr₂N and CrN were also dense without columnar structure. The maximum microhardness of the Cr-N films was 2400 kg/㎟ at 10 gf load.
Compositional gradient CrNx coatings were fabricated using arc ion plating in Ar/$N_2$ gaseous mixture by gradually increasing $N_2$ flux rate from 0 to 120 SCCM. The effect of negative substrate bias on the film microstructure and mechanical properties were systematically investigated with XRD, GDOES, and SEM. The results show that substrate bias has an important influence on film growth and microstructure of gradient CrNx coatings. The coatings mainly crystallized in the mixture of hexagonal $Cr_{2}N$ and fcc CrN phases. By increasing substrate bias, film microstructure evolved from an apparent columnar structure to an equiaxed one. With increasing substrate bias, deposition rate first increased, and then decreased. The maximum of deposition rate was 15 nm/min obtained at a bias of -50V.
액체로켓엔진 연소기에 적용된 대기 플라즈마 코팅 및 전해/무전해 도금 코팅의 열차폐 효율과 내구성 평가를 수행하였다. 연소시험 결과 대기 플라즈마 방식의 $ZrO_2$, NiCrAlY 코팅은 로켓엔진 연소기의 초음속 유동영역에서 코팅이 표면에서 박리되는 현상이 간헐적으로 발생하였으며 따라서 이러한 문제를 극복할 수 있는 대체 코팅 방식이 요구되었다. 시험 결과 열차폐 효율 및 내구성 관점에서 대기 플라즈마 방식의 $ZrO_2$, NiCrAlY 코팅의 대안으로 무전해/전해 방식을 사용한 니켈-크롬 코팅을 사용할 수 있음을 알 수 있었다.
크롬도금 용액에 공존하고 있는 Cr(III)와 Cr(VI)의 양을 자외선/가시광선 분광기에 장착한 흐름계 장치를 이용하여 시료당 5분 이내에 두 가지 물질의 양을 동시에 분석하는 방법을 개발하였다. Cr(III)와 Cr(VI)는 각각 580 nm와 440 nm에서 0.05 g/L와 0.005 g/L 이상의 범위에서 Beer-Lambert 법칙에 따르는 특성 ${\lambda}_{max}$를 나타내며, 이 파장들에서의 흡광도는 pH<4의 조건에서는 pH변화에 거의 영향을 받지 않았다. 따라서 일반적으로 크롬의 농도가 수 g/L인 후처리 크롬 도금조의 용액을 흐름계의 장치에서 pH=1의 황산 용액으로 묽힌 후, 자외선/가시광선 분광기로 측정하면 Cr(III)와 Cr(VI)의 양 및 총 크롬의 양을 기존의 산화-환원 적정 방법(최소 40분/sample)보다 간편하고 신속정확하게 동시 정량할 수 있었다. 이 장치는 설치 및 사용이 간단하고, 설치 비용이 저렴하므로 많은 도금 산업 현장에서 용이하게 응용할 수 있다.
The thin films of TiN have been used extensively as wear-resistant materials, for instance, such as tools of high-speed cutting, metal mold forming etc. In these days, because the thin films capable of being used more severe conditions are needed, the technologies of arc ion plating are tried to improve its characteristics. The purpose of this study is to investigate the characteristics of thin films of (Ti,Cr)N compared with those of TiN. The method of arc ion plating, which is known as showing good tight-adherence and productivity, was used. After manufacturing thin films of ($Ti_{1-x}Cr_{x}$)N (x=0~1) with change of Cr in (Ti,Cr) target, atomic concentration, structure, size of crystallite, residual stress and surface roughness of thin films on substrate were investigated. As the results, it was confirmed that Cr atomic concentrations of thin films were proportionally changed with Cr atomic concentrations of target, and thin films of ($Ti_{1-x}Cr_{x}$)N (x=0~1) showed NaCl type and CrN existed as solid solution to TiN.
AIP(arc ion plating)방법으로 CrN 코팅막을 합성하였다. 고분해능 SEM과 AFM 분석들로부터 negative bias voltage에 따른 미세구조의 영향을 나타내었다. negative bias voltage의 증가에 따라 columnar microstructure가 amorphous microstructure로 변화하였다. bias voltage effect에 의해 CrN 코팅막내 입자의 크기가 미세해지고 나노 복합체를 잘 형성하였다.
For this study, CrAlN multilayer coatings were deposited on SKD61 substrates using a multi-arc ion plating technique. The structural characteristics of the CrAlN multilayer coatings were evaluated using X-ray diffraction (XRD) and Scanning Electron Microscopy (SEM). Additionally, the adhesion of the coatings was assessed through scratch testing, and the mechanical strength was evaluated using nanoindentation and tribometric tests for frictional properties. The results show that the CrAlN multilayer coatings possess a uniform and dense structure with excellent mechanical strength. Hardness measurements indicated that the CrAlN coatings have high hardness values, and both the coating adhesion and wear resistance were found to be improved compared to CrN. The addition of aluminum is anticipated to contribute to enhanced durability and wear resistance.
Park, Jong-Kyu;Seo, Sun-Kyo;Byoun, Young-Min;Lee, Chi-Hwan
Journal of Ceramic Processing Research
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제19권6호
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pp.445-449
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2018
Chromium plating is a common surface treatment technique extensively applied in industry due its excellent properties which include substantial hardness, abrasion resistance, corrosion resistance, surface color, and luster. In this study, the effect of $MoS_2$ particles of the composite coating was investigated. To improve the lubrication of mold, $Cr-P-C/MoS_2$ composite plating was studied by varying the $MoS_2$ content. The current efficiency of the composite plating incorporated $MoS_2$ particles was increased at $MoS_2$ contents of 0.5 and 1.0 g/l due to the incorporation of fine particles. On the other hand, when the content of $MoS_2$ is 1.0 g/l or more, the current efficiency is lowered due to an increase in impact on the cathode surface. In order to evaluate the mechanical properties of Scratch test were conducted. Scratch test confirmed the lubricity and abrasion resistance characteristics revealed that the composite plating with added $MoS_2$ had relatively low surface roughness and uniform surface modification to improve its properties.
TiN ion-plating된 Co-Cr 선재(.016", .016"x.022")와 ion-plating되지 않은 선재(.016", .016"x.022")를 이용하고, 3 가지 종류의 브라켓(TiN ion-plating된 금속 브라켓, 세라믹 브라켓 및 플라스틱 브라켓)을 대상으로 마찰실험을 행하고, 거기에서 얻어진 마찰 특성곡선과 곡선으로부터 구한 최대 정지마찰력, 그리고 선재와 브라켓의 표면양상을 주사전자현미경으로 관찰하여 TiN ion-plating의 효과를 검토한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. $\cdot$3가지 종류의 브라켓에 TiN ion-plating된 선재를 사용한 경우의 마찰력은 TiN ion-plating되지 않은 선재를 사용한 경우의 마찰력보다 각각 통계학적으로 유의성있게 낮았다(p<0.05). $\cdot$3가지 종류의 브라켓에 원형 선재를 사용한 경우의 마찰력은 각형 선재를 사용한 경우의 마찰력보다 각각 통계학적으로 유의성있게 낮았다(p<0.05). $\cdot$원형 선재를 사용한 경우 TiN ion-plating되지 않은 선재를 사용한 경우가 TiN ion-plating된 선재를 사용한 경우보다 선재 및 브라켓 슬롯의 표면이 더욱 거친 양상을 나타내었다. $\cdot$각형 선재를 사용한 경우 전반적으로 원형 선재를 사용한 경우보다 선재 및 브라켓 슬롯의 표면이 더욱 거친 양상을 나타내었다. $\cdot$TiN ion-plating된 원형 선재를 사용한 경우 정지마찰력과 운동마찰력의 차는 별로 없었으나 TiN ion-plating된 각형 선재를 사용한 경우 정지마찰력은 운동마찰력보다 다소 높았다. $\cdot$TiN ion-plating되지 않은 선재를 사용한 경우가 TiN ion-plating된 선재를 사용한 경우에 비해 정지마찰력이 운동마찰력보다 휠씬 높았다.
$CrN_x$ films were deposited on SKD61 and S45C by cathodic arc ion plating process. In this study, the microstructure, microhardness, a hesion, wear and corrosion properties of the CrNx films were studied for various nitrogen partial pressures and the results were compared with those from the electroplated hard Cr. The crystal structure of the films was characterized by X-ray diffraction. Wear tests were performed under no lubricant condition at atmosphere by ball-on-disc type tribotester. Corrosion resistance of the films were studied by electrochemical corrosion test, measuring current demsity-potential curves. The results indicated that the $CrN_x$ films formed using ion plation method showed higer hardness and lower current density, friction coefficient than electroplated hard Cr. Consequently, the application of the CrNx coationgs by ion plating which is free of environmental pollution, is expected to improve lifetime of components in industrial practice.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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