Materials and Surface Engineering in Tribology

Materials and Surface Engineering in Tribology......Page 5
Table of Contents......Page 9
Foreword......Page 13
Preface......Page 15
1.1. Introduction......Page 17
1.2.1. Structural state of a surface......Page 18
1.2.2. Topographic state of a surface......Page 19
1.2.2.1. Atomic-scale topographic state......Page 20
1.2.2.2. Micrometer-scale topographic state......Page 21
1.2.2.3. Experimental techniques......Page 25
1.2.3. Surface energy......Page 34
1.2.3.1 Surface energy measurements......Page 37
1.2.4.1. Hardness......Page 40
1.2.4.2. Young’s modulus......Page 43
1.2.4.3. Nano-indentation......Page 46
1.2.4.4. Fracture toughness......Page 50
1.2.4.5. Residual stresses......Page 53
1.2.5. Chemical composition of a surface......Page 59
1.2.5.1. Energy dispersive X-ray analysis......Page 60
1.2.5.4. Glow discharge optical emission spectroscopy......Page 61
1.2.5.6. Secondary ion mass spectroscopy......Page 62
1.2.5.7. Infrared spectrometry......Page 63
2.1. Introduction......Page 65
2.2.2. The stress tensor......Page 66
2.2.3.1. The Tresca criterion......Page 68
2.3.1. Hertz contact theory......Page 69
2.3.2. The contact area......Page 73
2.3.4. Adhesive contact......Page 75
2.4.1. The coefficient of friction......Page 78
2.4.2. Tribometers......Page 82
2.4.3. Laws and theories of friction......Page 84
2.5.1.2. Capillary forces......Page 87
2.5.1.3. Van der Waals forces......Page 88
2.5.2.1. The surface forces apparatus (SFA)......Page 91
2.5.2.2. The atomic force microscope (AFM)......Page 92
2.5.2.3. Application: surface forces and micromanipulation......Page 95
2.5.3. Nanofriction......Page 97
2.6. Wear......Page 98
2.6.1.4. Tribochemical wear......Page 99
2.6.2. Wear maps......Page 100
2.6.3. Interface tribology: third body concept......Page 102
2.6.4. The PV product......Page 104
2.7.1.1. The notion of viscosity......Page 105
2.7.1.2. The viscosity index and the SAE standard......Page 106
2.7.1.3. The Stribeck curve......Page 107
2.7.1.4. The different types of oils......Page 108
2.7.1.6. Anti-friction materials......Page 110
2.8. Wear-corrosion: tribocorrosion and erosion-corrosion......Page 114
2.8.1. Tribocorrosion......Page 115
2.8.2. Erosion-corrosion......Page 122
3.1. Introduction......Page 125
3.2.1.1. Iron-based alloys......Page 126
3.2.1.2. Superalloys......Page 128
3.2.2. Polymers......Page 129
3.2.2.2. Fluorinated polymers......Page 131
3.2.2.5. Polyetheretherketone (PEEK)......Page 132
3.2.2.6. Friction and wear of polymers......Page 133
3.2.2.7. Surface treatment of polymers......Page 134
3.2.3. Composites......Page 136
3.2.4. Ceramics......Page 137
3.2.4.1. Friction and wear of ceramics......Page 142
3.2.5. Cermets......Page 147
3.2.5.1. Tungsten-carbide (WC)-based cermets......Page 148
3.3. Surface treatments and coatings......Page 149
3.3.1.1. Anodic oxidation......Page 150
3.3.1.2. Ion implantation......Page 153
3.3.1.3. Ion beam mixing......Page 158
3.3.1.5. Transformation hardening......Page 159
3.3.1.6. Mechanical treatment......Page 160
3.3.2. Deposition techniques......Page 162
3.3.2.1. Thermal projection techniques......Page 163
3.3.2.2. Liquid-phase deposition techniques......Page 164
3.3.2.3. Vapor-phase deposition techniques......Page 170
3.4.1.1. Transition metal nitrides......Page 182
3.4.1.2. Carbon-based films......Page 187
3.4.1.3. The role of the substrate......Page 189
3.4.2. Decorative coatings......Page 190
3.5.1. Hardness......Page 194
3.5.1.1. The indentation size effect......Page 195
3.5.1.2. Hardness tests for coated materials......Page 196
3.5.2. Coating adhesion......Page 206
3.5.2.1. Methods for adherence testing......Page 208
3.5.3.1. Origin of internal stresses......Page 217
3.5.3.3. Determining internal stresses by radius of curvature measurements (Stoney’s method)......Page 218
Bibliography......Page 221
Index......Page 239