Mechanical and tribological characteristics of zirconium based ceramic coatings for micro-bearing application

Abstract

The application of metal materials with ceramic coatings is the effective way of alternative bearing surfaces formation. The oxide ZrO₂, nitride ZrN and oxynitride ZrON coatings were deposited by magnetron sputtering method on stainless steel (AlSi 316) discs. The adhesion properties, hardness and elastic modulus were evaluated by standard methods. The surface parameters were observed by scanning electron microscopy (SEM). The chemical composition of the coatings was analyzed by energy dispersive X-ray (EDX) spectroscopy. Friction coefficients and wear resistance were measured in the tribological tests. Results show that the mechanical parameters increased in the case of oxynitride in comparison with oxide and nitride coatings.

Использование металлических материалов с керамическими покрытиями является эффективным способом формирования альтернативных поверхностей скольжения. Покрытия оксидов ZrO₂, нитридов ZrN и оксинитридов ZrON были нанесены на стальные диски (AlSi 316) методом магнетронного напыления. Адгезия, твердость и упругие модули покрытий измерялись стандартными методами. Параметры поверхности оценивались методом сканирующей электронной микроскопии. Химический состав покрытий анализировался методом энергетически дисперсной спектроскопии. Коэффициент трения и износ оценивали в трибологических тестах. Результаты демонстрируют, что механические параметры возрастают в случае оксинитридных покрытий по сравнению с нитридами и оксидами.

Використання металевих матеріалів із керамічними покриттями є ефективним засобом формування альтернативних поверхонь ковзання. Покриття оксидів ZrO₂, нітридів ZrN та оксинітридів ZrON були нанесені на сталеві диски (AlSi 316) методом магнетронного розпилювання. Адгезія, твердість та пружні модулі покриттів вимірювались стандартними методами. Параметри поверхні оцінювались методом скануючої електронної мікроскопії. Хімічний склад покриттів було проаналізовано методом енергетично дисперсної спектроскопії. Коефіцієнт тертя та знос оцінювали в трибологічних тестах. Результати продемонстрували, що механічні параметри зростають у випадку оксинітридних покриттів порівняно з нітридами та оксидами.