PROPERTIES OF DIAMOND-LIKE CARBON COATINGS ON THE TITANIUM ALLOY Ti13Nb13Zr

W pracy omówiono wyniki eksperymentalnych badań powłok diamentopodobnych DLC typu a-C:H otrzymywanych techniką fizycznego osadzania z fazy gazowej PVD na stopie tytanu Ti13Nb13Zr. Do określenia grubości otrzymanych powłok posłużył kulotester oraz mikroskop optyczny. Nanotwardość elementów bez powłoki oraz z powłoką a-C:H wyznaczono metodą indentacyjną przy użyciu wgłębnika Berkovich’a. Strukturę geometryczną powierzchni przed i po testach tribologicznych oceniano za pomocą mikroskopu konfokalnego z trybem interferometrycznym. Badania odporności materiałów testowych na zużycie tribologiczne przeprowadzono na tribometrze w ruchu posuwisto-zwrotnym w warunkach tarcia technicznie suchego oraz tarcia ze smarowaniem roztworem sztucznej krwi i roztworem Ringera. Testy zrealizowano dla skojarzenia: kulka z Al2O3 – tarcze ze stopu tytanu Ti13Nb13Zr bez oraz z naniesionymi powłokami DLC. Otrzymane wyniki badań wskazały, że zastosowanie powłok DLC zdecydowanie wpływa na zwiększenie twardości o ok. 80 % oraz zmniejszenie oporów ruchu par trących bez względu na warunki prowadzenia testów. W przypadku tarcia technicznie suchego wartość współczynnika tarcia zmniejszyła się o 70%, roztworu sztucznej krwi o 50%, a w przypadku roztworu Ringera o 90% w porównaniu z wynikami uzyskanymi dla stopu Ti13Nb13Zr.

The coating thickness tests carried out for this paper indicate that the thickness of the coating is 1.92 µm. The nano-hardness results draw attention to the different behaviour of the substrate and coating. The slope character of the indentation curves shows that the a-C:H coating is highly elastic and the substrate is plastic. As a result of application of the diamond-like coating, an 80% increase in hardness was achieved. Moreover, there was also a 35% increase in Young's modulus compared to Ti13Nb13Zr. The best tribological characteristics were obtained for the material combination Ti13Nb13Zr a-C:H – Al2O3 regardless of the test conditions (TDF, AB, RS). The friction coefficients recorded were 70%, 50% and 90% lower, respectively, compared to the values obtained for the substrate. Test results of the geometric structure of the surface after tribological tests shows that the diamond-like coating has a high resistance to abrasion. This is evidenced by the very small area of the scratch field. The analysis of the traces of wear also allowed for the identification of the wear mechanism. The presence of a build-up of wear trace edges means that for the Ti13Nb13Zr alloy, abrasive wear was dominant.