11 research outputs found

    Tribological and Mechanical Properties of the Nanostructured Superlattice Coatings with Respect to Surface Texture

    Get PDF
    This research is funded by the Latvian Council of Science, project ā€œCarbon-rich self-healing multifunctional nanostructured smart coatings (NSC) for high-tech applications using high-power confined plasma technology for their depositionā€, project No. 2019/1-0385.Ceramic Nanostructured Superlattice Coatings (NSC) have broad applicability to improve the partsā€™ and assembliesā€™ tribological and mechanical properties for the needs of the automotive and aerospace industries. Improving the material properties using nanocoatings for such a widely used material as, for example, bearing steel 100Cr6 makes it possible to improve the service life of machine parts. In this paper, the correlation dependence between tribological and mechanical properties of the NSC and its surface texture are considered to determine how much surface texture will affect the tribological performance of the coated workpieces, as well as the measuring and evaluation procedure of the nanocoatings, are presented. Three different NSC described by a general empirical formula {TiMe1Me2-CN/TiAlSi-N}n and based on the modified carbonitride/nitride non-stoichiometric chemical composition were created, and their tribological and mechanical properties measured and analyzed in the context with surface texture. NSC deposited by the advanced PVD (Physical vapor deposition) technique demonstrated significantly higher wear resistance (up to 28 times), reasonably lower friction coefficient (CoF) (up to 4 times), and significantly higher hardness of the coated workpieces (up to 7 times) versus substrate material. A strong correlation between the steady-state dry sliding friction, CoF, and the amplitude and functional surface texture parameters of tribo-track were observed. The first results of the initiated research regarding the correlation analysis of the tribological and mechanical properties, on the one hand, and surface texture, on the other hand, of the NSC are reported here. Ā© 2022 by the authors.Latvian Council of Science project No. 2019/1-0385; Institute of Solid-State Physics, University of Latvia has received funding from the European Union's Horizon 2020 Framework Programme H2020-WIDESPREAD-01-2016-2017-Teaming Phase 2 under grant agreement No. 739508, project CAMART2

    Nanoindentation Response analysis of Thin Film Substrates-I: Strain Gradient-Divergence Approach

    No full text
    Nanoindentation is a widely-used method for sensitive exploration of the mechanical properties of micromechanical systems. We derive a simple empirical analysis technique to extract stress-strain field (SSF) gradient and divergence representations from nanoindentation data sets. Using this approach, local SSF gradients and structural heterogeneities can be discovered to obtain more detail about the sampleā€™s microstructure, thus enhancing the analytic capacity of the nanoindentation technique. We demonstrate the application of the SSF gradient-divergence analysis approach to nanoindentation measurements of bulk silicon

    Nanoindentation response analysis of thin film substrates-II: Strain hardening-softening oscillations in subsurface layer

    No full text
    We have extracted stress-strain field (SSF) gradient and divergence rep-resentations from nanoindentation data sets of bulk solids often used as thin film substrates: bearing and tooling steels, silicon, glasses, and fused silica. Oscillations of the stress-strain field gradient and divergence induced in the subsurface layer by the nanoindentation have been revealed. The oscillations are especially prominent in single indentation tests at shallow penetration depths, h<100 nm, whereas they are concealed in the averaged datasets of 10 and more single tests. The amplitude of the SSF divergence oscillations decays as a sublinear power-law when the indenter approaches deeper atomic layers, with an exponent -0.9 for the steel and -0.8 for the fused silica. The oscillations are interpreted as alternating strain hardening-softening plastic deformation cycles induced in the subsurface layer under the indenter load

    TEMPERATÅŖRAS FLUKTUĀCIJU KORELATÄŖVĀ ANALÄŖZE CENTRALIZĒTĀS SILTUMAPGĀDES SISTĒMĀS

    No full text
    Å is raksts tika veltÄ«ts Tag&T1-korelogrammu fluktuāciju pētÄ«jumiem, izmantojot asimetrisko temperatÅ«ras kontÅ«ru (TK) metodi, kas ļauj apkures sezonai (AS) atbilstoÅ”o (Tag'i; T1'i)-punktu kopas reprezentējoÅ”o AS-TK sadalÄ«t vairākos maza apjoma asimetriskos TK. Asimetriskie TK tika izmantoti, lai norobežotu nelielus (Tag'i; T1'i)-punktu apgabalus no pilnās Tag&T1-korelogrammas ar mērÄ·i izpētÄ«t temperatÅ«ras fluktuācijas apstākļos, kad regresora vai regresenta svārstÄ«bas TK bāzes intervālā ir stipri ierobežotas. Asimetrisko TK izmantoÅ”ana temperatÅ«ras fluktuāciju analÄ«zē ļāva izskaidrot jautājumu par regresenta, T1, fluktuācijām ar 33,40C lielu amplitÅ«du, T1ļƒŽ[49,6; 83,0], kamēr TagļƒŽ[-1; 0]. ArÄ« citviet pilnajā Tag&T1-korelogrammā bija novērojama salÄ«dzinoÅ”i liela turpgaitas temperatÅ«ras, T1, izkliede ar amplitÅ«du ">200C", kamēr ārgaisa temperatÅ«ra, Tag, mainÄ«jās 1-grāda robežās: piem., kamēr TagļƒŽ[-3,5; -2,5], tikmēr T1ļƒŽ[67,0; 88,6], vai citā gadÄ«jumā - kamēr TagļƒŽ[-6,5; -5,5], tikmēr T1ļƒŽ[73,6; 95,1]. Turpgaitas temperatÅ«ras fluktuācijas atbilstoÅ”i gadÄ«juma lieluma normālajam sadalÄ«jumam Ä£enerē CSA statistiskā fona faktori, kamēr ārgaisa temperatÅ«ra ir "fiksēta" TK bāzes intervāla robežās

    Statistical Analysis of District Heating Processes Using Temperature Contour Approach

    No full text
    The article deals with correlation analysis of district heating (DH) processes using temperature contour (TC) approach based on investigation of the functional dependence between outdoor temperature, Tout, as the regressor, and DH process characterizing thermal or hydraulic parameters, PDH, as the regresent, e.g., supply and return water temperature, TS&TR, as well as water mass flow, V. The time series of outdoor temperature, {Tout'i}, and supply water temperature, {TS'i}, as well as Tout&TS-scatter plots of (Tout'i; TS'i)-point data set have been examined more in details. It has been shown that using TC-approach one can additively construct linear regression models corresponding separately to each TC, and thereafter combining these models together and creating full regression curve for whole Tout&TS-scatter plot. Also frequency distribution functions (FDF), dFr(Tout)&cFr(Tout) and dFr(TS)&cFr(TS), have been calculated for different size TC in order to explore corresponding (Tout'i; TS'i)-point data set immanent data structure. In the case of asymmetric TC it has been stated that (Tout'i; TS'i)-points most likely are uniformly distributed along TC base-interval. However, along TC contiguous-interval (Tout'i; TS'i)-points most likely are normally distributed

    Centrālapkures procesu korelatīvā analīze un to lineārie regresijas modeļi

    No full text
    Šā pētÄ«juma ietvaros tika detalizēti iztirzāta centralizētās siltumapgādes siltumnesēja turpgaitas temperatÅ«ras, T1, kā regresenta korelatÄ«vā saistÄ«ba ar ārgaisa temperatÅ«ru, Tag, kā regresoru, izmantojot korelatÄ«vās analÄ«zes rÄ«kus. Å ajā sakarā korelogrammas tika papildinātas ar konceptu par TagxT1 temperatÅ«ras lauku un tā strukturÄ“Å”anu, pārklājot Tag&T1-korelogrammas ar temperatÅ«ras režģi, kuru veido 1x2-grādu TagxT1-Ŕūnu struktÅ«ra. Šādā temperatÅ«ras režģī var uzskatāmi izdalÄ«t specifiskus korelogrammas apgabalus, kurus pamatoti sauc par temperatÅ«ras kontÅ«riem (TK). Ar TK palÄ«dzÄ«bu no pilnās Tag&T1-korelogrammas, kura dotajā gadÄ«jumā sastāvēja no 4608 (Tag'i; T1'i)-punktiem, tika izdalÄ«ti atseviŔķi specifiski tās posmi un apgabali, kuri norobežoja no pilnās korelogrammas attiecÄ«gas (Tag'i; T1'i)-punktu apakÅ”kopas. Å Ä«s konkrētiem TK piederoŔās (Tag'i; T1'i)-punktu apakÅ”kopas tika detalizēti izpētÄ«tas kā atseviŔķi statistiskie objekti. Padziļinātu un vairāk detalizētu priekÅ”statu par Ŕīm ar TK saistÄ«tajām (Tag'i; T1'i)-punktu apakÅ”kopām kā statistiskajiem objektiem varēja iegÅ«t, izskaitļojot to vidējos centrālo tendenču rādÄ«tājus un izkliedes rādÄ«tājus. Katram Ŕādam TK tika aprēķināts korelācijas koeficients un tika izveidoti lineārie regresijas modeļi. Tag&T1-korelogrammas pētÄ«jumos vienmēr aktuāls ir bijis jautājums par iespējami atbilstÄ«gāka regresijas modeļa konstruÄ“Å”anu, kura piemērotÄ«ba tika novērtēta ar determinācijas koeficienta, R^2, lielumu ā€“ jo lielāka R^2 vērtÄ«ba, jo augstāka modeļa piemērotÄ«ba. Determinācijas koeficients, R^2, procentuāli parāda, kādu (Tag'i; T1'i)-punktu izkliedes daļu kontrolē dotais regresijas vienādojums

    Siltumenerģētisko procesu analīze izmantojot pāru korelācijas matricu metodi

    No full text
    Darbā veikta centralizētās siltumapgādes (CSA) procesu padziļināta izpēte, izmantojot korelatÄ«vās analÄ«zes metodes. Siltumtehnisko parametru korelatÄ«vās analÄ«zes svarÄ«ga sastāvdaļa ir pāru korelācijas matricu izskaitļoÅ”ana un korelogrammu izveidoÅ”ana, kas ļauj siltumtehnisko parametru korelatÄ«vo saistÄ«bu vizualizēt un ātri novērtēt potenciālo regresijas modeļu funkcionālo formu. PētÄ«jumu gaitā tika noskaidrota CSA siltumtehnisko parametru korelatÄ«vā saistÄ«ba, izskaitļotas pāru korelācijas matricas un sastādÄ«ta potenciālo regresoru-regresenta pāru tabula ar mērÄ·i tālāk attÄ«stÄ«t CSA regresijas modeļu izstrādāŔanu. Pāru korelācijas matricas elementu vērtÄ«bas ir augstākā mērā atkarÄ«gas no izvēlētās datu bāzes apjoma un atbilstoŔā laika perioda. Tāpēc pāru korelācijas matricas var uzskatÄ«t par "jutÄ«gu" analÄ«zes instrumentu, ar kura palÄ«dzÄ«bu var noteikt potenciālos siltumtehnisko parametru pārus, kas izmantojami regresora-regresenta statusā

    Centrālapkures procesu korelatīvā analīze un to temperatūras spektroskopija

    No full text
    Å is raksts tika veltÄ«ts Tag&T1-korelogrammu pētÄ«jumiem, izmantojot temperatÅ«ras kontÅ«ru (TK) metodi, kas ļauj apkures sezonai (AS) atbilstoÅ”o (Tag'i; T1'i)-punktu kopu reprezentēt kā AS-TK un sadalÄ«t to vairākos mazāka apjoma sub-TKj. Šādi izveidotiem sub-TKj piederoŔās (Tag'i; T1'i)-punktu apakÅ”kopas tika detalizēti izpētÄ«tas kā atseviŔķi statistiskie objekti. Vispirms tika izskaitļoti sub-TKj vidējie centrālo tendenču rādÄ«tāji un (Tag'i; T1'i)-punktu izkliedes rādÄ«tāji, lai iegÅ«tu padziļinātu priekÅ”statu par Ŕīm ar sub-TKj saistÄ«tajām (Tag'i; T1'i)-punktu apakÅ”kopām. Tāpat sub-TKj tika izmantoti, lai visu AS aptveroŔās pilnās Tag&T1-korelogrammas regresijas modeli izveidotu pēc aditivitātes principa, apvienojot autonomo sub-TKj atbilstoÅ”os regresijas modeļus. Vidējie (Tag'i; T1'i)-punktu izkliedes rādÄ«tāji tika papildināti ar regresora un regresenta frekvenču sadalÄ«juma funkcijām. Å ajā sakarā tika izskaitļotas sub-TKj elementu diferenciālās un integrālās frekvenču sadalÄ«juma funkcijas (FSF), proti, dFSF(Tag)&dFSF(T1) un cFSF(Tag)& cFSF(T1), kas sadala attiecÄ«gi regresora, Tag, un regresenta, T1, vērtÄ«bas pa kategorizētiem klaÅ”u intervāliem. PētÄ«jumā izmantoti 1- un 2-grādu gari klaÅ”u intervāli, kuri nodroÅ”ināja dFSF iegÅ«Å”anu ar vismaz 3%-augstu izŔķirtspēju. Tādējādi izskaitļotie ārgaisa temperatÅ«ras, Tag, un siltumnesēja turpgaitas temperatÅ«ras, T1, spektri dFSF(Tag)&dFSF(T1) nav neatkarÄ«gi temperatÅ«ras spektri, bet gan pa pāriem korelatÄ«vi saistÄ«ti temperatÅ«ras spektri, proti, katram sub-TKj ir savs raksturÄ«gais Tagā€“spektrs un ar to asociētais T1ā€“spektrs. No fizikā labi pazÄ«stamās fizikālo lielumu lÄ«dzÄ«bas teorijas aspekta Tagā€“ un T1ā€“spektrus varam aplÅ«kot kā katram sub-TKj raksturÄ«go regresora "ierosmes spektru" un ar to korelatÄ«vi saistÄ«to regresenta "atbildes spektru". NeatkarÄ«gi no sub-TKjļƒŒAS-TK izvēles novērojama kopÄ«ga likumsakarÄ«ba: jo pie zemākām temperatÅ«rām novērojams regresora, Tag, "ierosmes spektrs", jo pie augstākām temperatÅ«rām atrodams regresenta, T1, "atbildes spektrs"

    Siltumenerģētisko procesu temperatÅ«ras spektroskopija un tiem atbilstoÅ”ie lineārie regresijas modeļi

    No full text
    Å is raksts tika veltÄ«ts Tag&T1-korelogrammu pētÄ«jumiem, izmantojot temperatÅ«ras kontÅ«ru (TK) metodi, kas ļauj apkures sezonai (AS) atbilstoÅ”o (Tag'i; T1'i)-punktu kopu reprezentēt kā AS-TK un sadalÄ«t to vairākos mazāka apjoma sub-TKj. Tādējādi visu AS aptveroŔās pilnās Tag&T1-korelogrammu regresijas modeli var izveidot pēc aditivitātes principa, apvienojot sub-TKj atbilstoÅ”os regresijas modeļus. Detalizētu un padziļinātu priekÅ”statu par TK piederoÅ”ajām (Tag'i; T1'i)-punktu apakÅ”kopām kā statistiskajiem objektiem var iegÅ«t, izskaitļojot to elementu diferenciālās un integrālās frekvenču sadalÄ«juma funkcijas (FSF), proti, dFSF(Tag)&dFSF(T1) un cFSF(Tag)& cFSF(T1), kas sadala attiecÄ«gi regresora, Tag, un regresenta, T1, vērtÄ«bas pa kategorizētu klaÅ”u intervāliem. PētÄ«jumā izmantoti 1- un 2-grādu gari klaÅ”u intervāli, kuri nodroÅ”ināja dFSF iegÅ«Å”anu ar vismaz 3%-augstu izŔķirtspēju. Tag&T1-korelogrammas pētÄ«jumos vienmēr aktuāls ir bijis jautājums par iespējami atbilstÄ«gāka regresijas modeļa konstruÄ“Å”anu, kura piemērotÄ«ba tika novērtēta ar determinācijas koeficienta, R^2, lielumu ā€“ jo lielāka R^2 vērtÄ«ba, jo augstāka modeļa piemērotÄ«ba

    Tribological and Micromechanical Properties of the Nanostructured Carbonitride/Nitride Coatings of Transition Metals Alloyed by Hf and Nb

    Get PDF
    This research was funded by the Latvian Council of Science, project ā€œCarbon-rich self-healing multifunctional nanostructured smart coatings (NSC) for high-tech applications using high-power confined plasma technology for their depositionā€, project No. 2019/1-0385.In this article, the fabrication, characterization, tribological performance, and micromechanical properties of nanostructured smart coatings (NSC) based on the multilayered alternating carbonitride/nitride bilayer {TiMe-CN/TiAlSi-N}n system are discussed. The symbol ā€œMeā€ denotes refractory metals Hf or Nb, and the index ā€œnā€ shows the number of superlattice periods. The NSC samples were deposited onto bearing steel (100Cr6) substrates using a reactive high-power physical vapor deposition (PVD) technique that can be scaled up for industrial use. The deposited multilayered NSC contained crystalline nanometer-scale TiMe-CN/TiAlSi-N nanoparticles strengthened by Hf or Nb additives, which increased surface microhardness up to 3000 HV. The measured steady-state friction coefficient (CoF) was within the 0.2ā€“0.4 range, and a specific wear rate lower than 2 Ɨ 10āˆ’6 mm3/Nm was observed in the dry friction regime. The impact of NSC substrate hardness and NSC coating thickness on microhardness measurement values was investigated. A thicker coating provided a higher integrated (coating + substrate) microhardness value at a lower indentation test force (<0.3 N). As the indentation test force increased, the obtained microhardness values decreased faster for the coatings deposited on a softer substrate. The surface roughness impact on wear properties for specific NSC coatings was observed. --//-- This is an open-access article Leitans, A.; Jansons, E.; Lungevics, J.; Kundzins, K.; Boiko, I.; Kanders, U.; Kovalenko, V.; Linins, O. Tribological and Micromechanical Properties of the Nanostructured Carbonitride/Nitride Coatings of Transition Metals Alloyed by Hf and Nb. Coatings 2023, 13, 552. https://doi.org/10.3390/coatings13030552 published under the CC BY 4.0 licence.This research was funded by the Latvian Council of Science, project ā€œCarbon-rich self-healing multifunctional nanostructured smart coatings (NSC) for high-tech applications using high-power confined plasma technology for their depositionā€, project No. 2019/1-0385. The Institute of Solid State Physics, University of Latvia at the Center of Excellence has received funding from the European Unionā€™s Horizon 2020 Framework Programme H2020-WIDESPREAD-01-2016-2017-TeamingPhase2 under grant agreement No. 739508, project CAMART2
    corecore