ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE

Transkript

1 ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA JADERNÁ A FYZIKÁLNĚ INŽENÝRSKÁ TEZE K DISERTAČNÍ PRÁCI

2 České vysoké učení technické v Praze Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská Katedra materiálů MECHANICAL PROPERTIES OF HARD COATINGS Ing. Monika Vilémová Doktorský studijní program: Aplikace přírodních věd Studijní obor: Fyzikální inženýrství Teze disertace k získání akademického titulu "doktor", ve zkratce "Ph.D." Praha, duben

3 Disertační práce byla vypracována v prezenční formě doktorského studia na katedře materiálů Fakulty jaderné a fyzikálně inženýrské ČVUT v Praze. Uchazeč: Školitel: Monika Vilémová Katedra materiálů FJFI, ČVUT v Praze Trojanova 13, Praha 2 Doc. Ing. Jan Siegl, CSc. Katedra materiálů FJFI, ČVUT v Praze Trojanova 13, Praha 2 Školitel-specialista: Ing. Jiří Matějíček, PhD. Oddělení materiálového inženýrství Ústav fyziky plazmatu AV ČR Za Slovankou 1782/3, Praha 8 Oponenti: Doc. Ing. Olga Bláhová, Ph.D., KME FAV ZČU, Plzeň Prof. Ing. Jiří Švejcar, CSc., FSI VUT v Brně, Brno Ing. Tomáš Chráska, PhD., ÚFP AV ČR, v.v.i., Praha Teze byly rozeslány dne:... Obhajoba disertace se koná dne... v hod. před komisí pro obhajobu disertační práce ve studijním oboru Fyzikální inženýrství Stavba a vlastnosti materiálů v zasedací místnosti katedry materiálů Fakulty jaderné a fyzikálně inženýrské ČVUT v Praze (3. patro, Trojanova 13, Praha). S disertací je možno se seznámit na děkanátě Fakulty jaderné a fyzikálně inženýrské ČVUT v Praze, na oddělení pro vědeckou a výzkumnou činnost, Břehová 7, Praha 1. Prof. Ing. Ivan NEDBAL, CSc. předseda komise pro obhajobu disertační práce ve studijním oboru Fyzikální inženýrství Stavba a vlastnosti materiálů Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská ČVUT, Břehová 7, Praha 1 3

4 1 ÚVOD CÍLE DISERTAČNÍ PRÁCE STRUKTURA DISERTAČNÍ PRÁCE CHARAKTERISTIKA PROVEDENÝCH EXPERIMENTŮ MIKROSTRUKTURA/VLASTNOSTI VLASTNOSTI ROZHRANÍ VÝSLEDKY MIKROSTRUKTURA/VLASTNOSTI VLASTNOSTI ROZHRANÍ ZÁVĚR...11 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY...12 SEZNAM PRACÍ DISERTANTA...13 ABSTRACT

5 1 Úvod Povrch tvoří hranici, přes kterou dochází k reakcím materiálu s okolním prostředím a jako takový je nejkritičtější oblastí vyrobené součásti. Tyto reakce mohou vést k degradaci vlastností daného materiálu nebo k jeho úplnému selhání. Nežádoucí účinky okolí lze omezit či úplně vyloučit použitím vhodných povrchových úprav. Žárové nanášení je povrchová technologie, která se s úspěchem používá už desítky let. Při žárovém nanášení se materiál ve formě prášku deponuje na materiál základní (v praxi např. na materiál strojní součásti) tak, aby vznikla souvislá vrstva. Výsledná vrstva může poskytovat materiálu jak ochranu před účinky okolního prostředí, tak mu propůjčit výjimečné vlastnosti, zcela odlišné od vlastností základního materiálu. Jednou z velkých výhod žárového nanášení je velká variabilita dosažených vlastností nástřiku, která z velké míry souvisí s jeho mikrostrukturou. Nicméně, i tyto moderní materiály mají svá kritická místa. Z hlediska těles s nástřiky se jedná a oblast rozhraní mezi základním materiálem a nástřikem, kde nedochází k dokonalému spojení obou materiálů a pevnost takového rozhraní je tudíž nižší než pevnost základního materiálu. Při žárovém nanášení jsou navíc často kombinovány materiály s odlišnými tepelnými a mechanickými vlastnostmi, což může snižovat adhezi nástřiku při jeho namáhání v provozu. Žárové stříkání má v současné době řadu aplikací, např. tepelné bariéry, ochrana proti opotřebení, biokompatibilní povlaky [1], ve všech případech je dostatečná adheze/koheze, stejně tak jako vhodné mechanické či tepelné vlastnosti nástřiku kritické pro spolehlivost celého systému. 2. Cíle disertační práce Jak už bylo zmíněno, depozicí určitého materiálu pomocí žárových technologií lze připravit nástřiky s poměrně širokou škálou vlastností. Toho lze s výhodou použít k výrobě nástřiků tzv. na míru neboli k vytváření nástřiků se specifickými vlastnostmi pro konkrétní aplikace. V současné době, výroba nástřiku probíhá na základě zkušeností, tj. je známo, že určité depoziční parametry vedou k určitým vlastnostem nástřiku. Významný pokrok v této oblasti by přineslo hlubší porozumění vztahu mezi depozičními parametry, mikrostrukturou a vlastnostmi nástřiku. Cílem disertační práce je prohloubení znalostí ve vztahu mezi mikrostrukturou a vlastnostmi nástřiku, a to především z hlediska dostupných matematických popisů. Za tímto účelem byly z literatury vybrány analytické modely, které matematicky vyjadřují vztah mezi vlastnostmi nástřiku a jeho mikrostrukturními charakteristikami. Modely byly testovány na přesnost a citlivost na mírné změny v mikrostruktuře nástřiku. Nedílnou součástí problematiky byl vývoj aplikace těchto teoretických modelů na mikrostrukturu reálného nástřiku, tak aby byly zachovány základní principy daného modelu. Modely byly ověřovány na několika keramických a kovových nástřicích (viz. Tab. 1). Pro životnost a správnou funkčnost nástřiku, ale i součásti, na kterou byl nástřik nanesen je zásadní vlastností jeho kohezní a adhezní pevnost. Proto dalším cílem disertační 5

6 práce byl popis adhezních mechanismů a s tím související popis adhezního a kohezního porušování nástřiku. Motivací pro tuto část výzkumu byl také fakt, že znalosti v této oblasti jsou stále neúplné. 3 Struktura disertační práce Disertační práce obsahuje stručnou rešerši vztahující se k řešené problematice (kapitola 2). Kapitoly 3 a 4 obsahují popis použitých experimentálních metod. Výsledky provedených experimentů byly rozděleny do 4 tématických studií označených 5.A 5.D: 5.A: Application of analytical models on the structure of plasma sprayed coatings, 5.B: Mechanical properties of Ni20Cr coatings deposited by different HVOF torches, 5.C: Residual stress state influence on the mechanical properties of WC-12%Co coatings, 5.D: Influence of the grit blasting exposure time on the coating adhesion. Téma studií 5.A 5.C lze obecně označit jako mikrostruktura/vlastnosti, v případě studie 5.D vlastnosti rozhraní. Členění experimentální části je založeno na několika pracích, které již byly autorkou předkládané práce publikovány nebo jsou připraveny k publikaci. Texty jednotlivých studií byly oproti publikovaným textům výrazně rozšířeny. Tab.1: Seznam nástřiků studovaných v disertační práci Značení Materiál Technologie nástřiku přípravy Zařazení Al 2 O Al 2 O 3 WSP mikrostruktura/vlastnosti/modelování Al 2 O Al 2 O 3 WSP mikrostruktura/vlastnosti/modelování Al 2 O 3 GSP Al 2 O 3 GSP mikrostruktura/vlastnosti/modelování W_WSP-H wolfram WSP-H mikrostruktura/vlastnosti/modelování W_WSP wolfram WSP mikrostruktura/vlastnosti/modelování W_IPS wolfram IPS mikrostruktura/vlastnosti/modelování Triplex HS Ni20Cr HVOF mikrostruktura/vlastnosti JK Ni20Cr HVOF mikrostruktura/vlastnosti JP Ni20Cr HVOF mikrostruktura/vlastnosti DJ A Ni20Cr HVOF mikrostruktura/vlastnosti DJ B Ni20Cr HVOF mikrostruktura/vlastnosti Woka ME Ni20Cr HVOF mikrostruktura/vlastnosti High Tension WC-12Co HVOF mikrostruktura/vlastnosti Low Tension WC-12Co HVOF mikrostruktura/vlastnosti Low Compression WC-12Co HVOF mikrostruktura/vlastnosti AISI 316L - 1s AISI 316L WSP vlastnosti rozhraní AISI 316L - 4s AISI 316L WSP vlastnosti rozhraní Al 2 O 3-1s Al 2 O 3 WSP vlastnosti rozhraní Al 2 O 3-4s Al 2 O 3 WSP vlastnosti rozhraní 6

7 Práce shrnuje výsledky vybraných experimentů, které autorka provedla během let v laboratořích Ústavu fyziky plazmatu AV ČR ÚFP, v Center for Thermal Spray Research CTSR (Stony Brook University, NY, USA) a na katedře materiálů KMAT (FJFI/ČVUT v Praze). Výsledky byly získány v rámci projektů: ME901 (MŠMT) Evolution of structure and mechanical properties of plasma sprayed materials under various loading, SGS 10/300/OHK4/3T/14 (ČVUT v Praze) Moderní technologie úpravy povrchů. 4 Charakteristika provedených experimentů 4.1 Mikrostruktura/vlastnosti V rámci studie 5.A byly z literatury vybrány modely, které se zabývají vztahem mezi mikrostrukturou žárových nástřiků a jejich vlastnostmi. Testované modely jsou shrnuty v Tab.2. Vstupem pro tyto modely byly mikrostrukturní charakteristiky typu délka trhliny, úhel mezi trhlinou a rozhraním, rozměry oblasti propojení mezi splaty, atd. Měření daných mikrostrukturních charakteristik bylo provedeno ručně pomocí programu ImageJ (viz. obr.1). Fotografie potřebné pro obrazovou analýzu byly pořízeny pomocí skenovacího elektronového mikroskopu, zvětšení bylo voleno v závislosti na velikosti mikrostrukturních charakteristik daného nástřiku. Tab.2: Seznam použitých analytických modelů. Modely Kroupa Sevostianov Li a Ohmori Golosnoy Boire Poznámka Elastický modul Elastický modul, tepelná vodivost Elastický modul, tepelná vodivost Tepelná vodivost Tepelná vodivost Po obrazové analýze následovalo vlastní zpracovávání dat, které probíhalo pro každý model zvlášť z důvodu odlišných parametrů, se kterými modely pracují. Z hlediska početního postupu byl zahrnut i teoretický 2D 3D přechod. Studie 5.B se věnovala mechanickým vlastnostem komerčních Ni20Cr nástřiků. Výsledky byly porovnávány nejen v rámci techniky HVOF, ale také s plazmovým nástřikem vytvořeným pomocí hořáku Triplex (tzv. vysokorychlostní plazma). Ve studii 5.C byl studován vliv reziduálního napětí na mechanické vlastnosti nástřiků. Pro tuto studii byly připraveny tři nástřiky WC-12%Co s různou hodnotou reziduálního napětí tak, že se výsledné nástřiky nelišily mikrostrukturou ani svým fázovým složením. 7

8 Obr. 1: Zpracování mikrostrukturních charakteristik nástřiku (vzorek Al 2 O ). 4.2 Vlastnosti rozhraní Studie 5.D poskytuje široký pohled na mechanismy porušování probíhající na rozhraní nástřik-substrát. Prvotní problémy s nedostatečnou pevnosti lepidla určené pro přípravu vzorku pro tzv. pull-off test (test adheze tahem [2]) byly vyřešeny přechodem na novou metodiku přípravy vzorku. Test adheze tahem byl proveden na vzorcích s různou dobou expozice při tryskání substrátu. Po testu následovala komplexní fraktografická analýza lomových ploch, při níž byla uplatněna metoda odpovídajících si povrchů (Method of matching surfaces). Pozorovány byly tedy odpovídající si místa lomové plochy na substrátu a na odtrženém protikusu. Charakterizace mechanismů kohezního a adhezního porušování byla doplněna analýzou rozhraní nástřik-substrát na jeho průřezu. Tento nový přístup umožnil bližší charakterizaci typů zakotvení a vazeb, které zodpovídají za adhezi nástřiku. Zkoumány byly také mechanismy porušování identifikovaných zakotvovacích míst. 5 Výsledky 5.1 Mikrostruktura/vlastnosti Výsledky testovaní analytických modelů jsou shrnuty v tabulce 3. Z výsledku je patrné, že modely nebyly schopny přesné predikce (výpočtu) hodnot příslušných vlastností většiny vybraných nástřiků. Nicméně se ukázalo, že modely jsou schopny reagovat na mírné změny mikrostruktury nástřiků a na základě vypočtených hodnot bylo možné provést relativní (kvalitativní) srovnání nástřiků. Modely byly také schopny postihnout anizotropii nástřiků, tj. ve všech případech byl E 1 >E 3. Z hlediska kvalitativního popisu elastického modulu se ukázal být nejvhodnější model Kroupa a Sevostianov. V případě aplikace na mikrostrukturu plazmových nástřiku lze doporučit model Kroupa pro jeho jednodušší formu. Vektorové pojetí hustoty trhlin (model Sevostianov) v případě plazmových nástřiků lze nahradit skalárním pojetím (model Kroupa) z důvodu charakteru rozložení úhlů trhlin, které je orientováno úzce kolem 90 a kolem 0. 8

9 Tab. 3: Shrnutí výsledků analytických modelů, FEM simulace a experimentů získaných na testovaných nástřicích. Označení Kroupa Sevostianov Li & Ohmori Golosnoy Boire FEM Měřená hodnota* Měřená hodnota** E GSP W_WSP- H ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± 13.5 W_WSP ± ± ± ± ± 11.6 W_IPS ± ± ± ± ± GSP W_WSP- H E ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± 7 - W_WSP 67.5 ± ± ± ± ± 14 - W_IPS 66.7 ± ± ± ± ± GSP W_WSP- H k (AP) ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± W_WSP ± ± ± ± ± W_IPS ± ± ± ± ± GSP k (S + AP) ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± * Elastický modul měřený pomocí instrumentované indentace a tepelná vodivost metodou Xenon flash. ** Elastický modul měřený metodou čtyřbodového ohybu. 9

10 Ze získaných výsledků je patrné, že síť mezisplatových trhlin má zásadní vliv na vlastnosti nástřiků, avšak pro další přiblížení ke skutečným hodnotám je nutné zahrnout další faktory. V prvé řadě je to vzájemná interakce trhlin, která není obsažena v žádném z testovaných modelů. Nicméně významný vliv mohou mít i další faktory nepostižitelné ať už 2D obrazovou analýzou nebo obrazovou analýzou obecně. Jak bylo ukázáno na příkladu WC-Co (studie 5.C), mikrostruktura není jediný indikátor vlastností nástřiků. V tomto případě bylo chování nástřiků výrazně ovlivňováno reziduálním napětím, zatímco mikrostruktura nástřiků nevykazovala odlišné rysy. Z hlediska analytických modelů by nebylo možné zmíněné rozdíly ve vlastnostech postihnout. Výrazné rozdíly byly pozorovány mezi nástřiky s tlakovým a tahovým reziduálním napětím. Tlakové reziduální napětí mělo negativní vliv na chování nástřiku především při kontakních zkouškách. Modely by pravděpodobně selhaly také v případě, kdy nástřiky mají odlišnou mikrostrukturu, ale stejné vlastnosti - např. nástřiky JP a Woka ME ve studii 5.B. 5.2 Vlastnosti rozhraní V rámci studie 5.D bylo prokázáno, že adhezi nástřiku lze ovlivnit dobou expozice substrátu při tryskání. U nástřiků na substrátech tryskaných na 4s byla naměřena vyšší hodnota adheze, popř. došlo ke změně módu porušování z adhezního na kohezní. Dále byly identifikovány základní mechanismy adheze mezi nástřikem a substrátem včetně jejich porušování, viz obr. 2. V případě nástřiku AISI 316L se na adhezi podíleli mechanismy mechanického a chemického zakotvení. Z hlediska mechanického zakotvení se ve velké míře uplatňovala kombinace působení tření a čistě mechanických účinků. Mimo mechanické interakce mezi substrátem a nástřikem byla potvrzena přítomnost tzv. metalurgického spoje. Přestože jeho četnost byla určena na 2,2% (2D četnost na průřezu), může tento typ chemického zakotvení významně přispět k pevnosti rozhraní mezi nástřikem a substrátem. U nástřiků Al 2 O 3 byla kombinace tření a čistě mechanického zakotvení jediným pozorovaným mechanismem adheze. V případě keramického nástřiku a kovového substrátu nedochází k vytváření metalurgického spoje. Avšak fraktografická analýza potvrdila, že nástřik Al 2 O 3 má lepší schopnost vyplnit nerovnosti povrchu substrátu než nástřik AISI 316L, což může mít pozitivní vliv na kvalitu mechanického zakotvení (zejména působením tření). Porušování rozhraní probíhalo kombinací adhezního a kohezního selhání. Docházelo k uvolňování nástřiku/splatů ze zakotvovacích míst, k lámání splatů (v případě AISI 316L po jejich předchozí deformaci), popř. splaty zůstaly zakotveny v substrátu jako výsledek dekoheze nad zakotveným splatem. V případě nástřiků Al 2 O 3 docházelo také k porušování přes tzv. bubble splaty. 10

11 B C A C* A* B* Obr.2.: Rozhraní vzorku AISI 316L - 4s před (horní obrázek) a po (dolní obrázek) testu adheze; A*, B*, C* označuje místa kohezního porušení nástřiku (před porušením A, B, C). 6 Závěr Disertační práce je zaměřena na studium vztahu mezi mikrostrukturou a vlastnostmi nástřiku a na vlastnosti rozhraní nástřik-substrát. V rámci tématu mikrostruktura-vlastnosti byly dostupné analytické modely aplikovány na reálnou mikrostrukturu žárových nástřiků s cílem ověřit schopnost predikce modelované vlastnosti (elastický modul nebo teplotní vodivost). Výsledky však prokázaly, že studované modely nemají univerzální platnost, tj. přesnost jejich predikce se lišila a to především v závislosti na materiálu nástřiku. Jako pozitivní výsledek, lze uvést citlivost modelů, tj. schopnost reagovat na mírné změny v mikrostruktuře nástřiku. Nicméně v následujících dvou studiích bylo prokázáno, že vlastnosti nástřiku jsou silně ovlivněny i dalšími faktory jako je třeba reziduální napětí. Výsledky studie zaměřené na vlastnosti rozhraní přinesla především nový pohled na mechanismy adheze mezi nástřikem a substrátem. Tento přístup pomohl identifikovat základní typy zakotvovacích míst a studovat módy jejich porušování. V případě nástřiku oceli se dále na adhezi uplatňovala vazba pomocí tzv. metalurgického spoje. Fraktografická analýza metodou odpovídajících si povrchů prokázala, že nástřiky nevyplňují dokonale reliéf substrátu. Schopnost vyplňování těchto nerovností byla prokazatelně lepší v případě korundového nástřiku než u nástřiku oceli. 11

12 Lomové plochy ve všech případech vykazovaly známky jak adhezního tak kohezního porušení, přičemž podíl kohezního lomu se pro jednotlivé typy zkoumaných vzorků výrazně lišil. Jako typické mechanismy adhezního porušování nástřiku byly identifikovány: uvolnění nástřiku ze zakotvovacího místa, lámání splatů v zakotvovacím místě, oddělování splatů v zakotvovacím místě. Jako typické mechanismy kohezního porušování nástřiku byly identifikovány: vzájemné oddělování splatů, lámání splatů (křehký lom v případě korundového nástřiku, tvárný lom v případě ocelového nástřiku), praskání křehké fáze nástřiku (oxidy v ocelovém nástřiku), propojováním mezisplatových trhlin. Nedílnou součástí výsledků získaných v rámci disertační práce je vyvinutí nové metodiky zkoumání adheze. Součástí komplexního přístupu byla i adaptace techniky odpovídajících si rozhraní. Získané výsledky přispěly k prohloubení znalostí týkající se interakce nástřiku a substrátu na rozhraní a budou použity jako podněty pro další výzkum. Seznam použité literatury [1] Handbook of Thermal Spray Technology, Edited by: J. R. Davis, Thermal Spray Society and ASM International, 2004, pp [2] ČSN EN 582: Thermal Spraying - Determination of tensile adhesive strength, Czech institute for standards, Praha, 1996, pp

13 Seznam prací disertanta ČLÁNKY: VILÉMOVÁ, M.; MATĚJÍČEK, J.; MUŠÁLEK, R., NOHAVA, J.: Application of structurebased models of mechanical and thermal properties on plasma sprayed coatings. Journal of Thermal Spray Technology. Volume 21, Issue 3-4, 2012, p VILÉMOVÁ, M.; MATĚJÍČEK, J.; MUŠÁLEK, R.: Application of structure-based models of mechanical and thermal properties on plasma sprayed coatings. In Proceedings of ITSC Hamburg, září p VILÉMOVÁ, M.; SIEGL, J.; MATĚJÍČEK, J.; MUŠÁLEK, R.: Effect of the grit blasting exposure time on the adhesion of Al 2 O 3 and 316L coatings. In Proceedings of ITSC Hamburg, září p VILÉMOVÁ, M.; SIEGL, J.; HAUŠILD, P.: Adhesive and Cohesive Failure Mechanisms of Plasma Sprayed Coatings. In Proceedings of MCM Urbino, 4-9 září 2011, p VILÉMOVÁ, M., MATĚJÍČEK, J., CHOI, B.: Investigation of Residual Stress State Influence on the Mechanical Properties of WC-12Co Coatings. In Sborník konference Vrstvy a povlaky Rožnov pod Radhoštěm, 4-5 říjen 2010, p VILÉMOVÁ, M.; MUŠÁLEK, R.: Characterization of Adhesive and Cohesive Failure of Thermal Spray Coatings Using Scanning Electron Microscopy. In Proceedings of EMAS Book of Tutorials and Abstracts. Amsterdam, duben p.271. MUŠÁLEK, R.; MATĚJÍČEK, J.; VILÉMOVÁ, M.; KOVÁŘÍK, O.: Non-Linear Mechanical Behavior of Plasma Sprayed Alumina under Mechanical and Thermal Loading. Journal of Thermal Spray Technology. Volume 19, Issue 1-2, 2010, p MUŠÁLEK, R.; VILÉMOVÁ, M.; PEJCHAL, V.; MATĚJÍČEK J.: Multiple-Approach evaluation of WSP coatings adhesion/cohesion strength. In Proceedings of ITSC Houston, květen MUŠÁLEK, R.; VILÉMOVÁ, M.; KOVÁŘÍK, O.; VALAREZO, A.; SAMPATH, S.: Fatigue resistance of bodies coated with HVOF-sprayed tungsten carbides in metallic matrix. International Thermal Spray Conference Hamburg, září, MUŠÁLEK, R.; VILÉMOVÁ, M.; PEJCHAL, V.; MATĚJÍČEK, J.: Studie relevantnosti stanovení přilnavosti v tahu pro WSP nástřiky. In Sborník konference Vrstvy a povlaky Rožnov pod Radhoštěm, říjen p MUŠÁLEK, R.; VILÉMOVÁ, M.; MATĚJÍČEK, J.: Bonded Interface Technique for Failure Analysis of Thermal Spray Coatings. In Sborník konference Vrstvy a povlaky Rožnov pod Radhoštěm, 4-5 říjen p

14 POSTERY: VILÉMOVÁ, M.; KAZDA, M.; MUŠÁLEK, R.: Characterization of Adhesive and Cohesive Failure of Thermal Spray Coatings Using Scanning Electron Microscopy. EMAS Amsterdam, duben VILÉMOVÁ, M., J. SIEGL, J. MATĚJÍČEK: Fatigue behavior of functionally graded coatings, 4th RIPT & 3th S2TS, Lille, 2-4 prosinec 2009 MUŠÁLEK, R.; VILÉMOVÁ, M.: Mechanical Behavior and Failure Processes of Thermal Spray Coatings. Junior Euromat Lausanne, červenec

15 Abstract Title: Mechanical properties of hard coatings Author: Monika Vilémová Abstract: Thermal spray coatings are widely used to modify surface of a component and improve properties of the component material. However, for a proper functionality of the coating a sufficient adhesion is necessary. In the presented thesis, a significant part of the research was devoted to the properties of the coating-substrate interface. Within this topic, influence of the substrate treatment on the adhesion strength, mechanisms of the coating to substrate bonding and mechanism of adhesive and cohesive failure were studied. Besides the interface, microstructure is another important coating characteristic that can influence the coating performance. Therefore, another part of the work was focused on the microstructure-property relationship. This topic comprises an experimental approach and analytical approach. Within the experimentally oriented studies, comparison of Ni20Cr deposited by different HVOF torches was carried out and effect of the residual stresses on mechanical properties of WC-Co coatings were examined. The analytical approach was devoted to the application of available analytical models for elastic modulus and thermal conductivity on real coating microstructures. Based on the results, relevancy, sensitivity to the microstructure changes and drawbacks of the models were discussed. Keywords: thermal spraying, coating properties, mechanical testing, analytical models, elastic modulus, thermal conductivity, adhesion, cohesion, coating failure 15

16 Ing. Monika Vilémová Těreškovová 2253, , Karviná Narozena v Havířově Vzdělání Magisterské studium, KMAT, FJFI, ČVUT v Praze Praxe 11/ dosud Ústav fyziky plazmatu AV ČR, v.v.i. doktorand oddělení materiálového inženýrství 6/2007 9/2008 CTSR, Stony Brook University, NY student programu PhD. a asistent profesora Kurzy 10/2010 Podzimní škola rentgenové mikroanalýzy Lázně Bohdaneč 10/2009 Podzimní škola základů elektronové mikroskopie 9/2009 Micro Materials Advanced User Workshop Pedagogická činnost: Vedení laboratorních cvičení z NMR (Nauka o materiálech pro reaktory) letní semestr 2011, 2012 Vedení diplomové práce studenta KMAT Název diplomové práce: Vliv přípravy povrchu na mechanické vlastnosti těles s nástřiky obhájeno: červen 2010 vedení cvičení z předmětu Termodynamika pevných látek na University of Stony Brook vedení laboratorních praktik na University of Stony Brook Aktivní účast na konferencích Zahraniční ITSC 2011 (Hamburg, D), MCM 2011 (Urbino, I), EMAS 2010 (Amsterdam, NL), 4RIPT 2009 (Lille, F). Domácí Vrstvy a povlaky 2010 (Rožnov p. Radhoštěm). 16