Mechanical and Tribological Analysis of Monolith and Coating Polyetheretherketone

W pracy dokonano analizy porównawczej właściwości mikromechanicznych oraz tribologicznych polieteroeteroketonu (PEEK) w postaci monolitycznej i powłoki. Powłoka PEEK 708 została osadzona metodą elektroforezy na płaskim podłożu ze stopu tytanu. Właściwości mikromechaniczne zostały zbadane metodą indentacyjną przy użyciu wgłębnika Vickersa oraz w teście zarysowania. Na podstawie badań wyznaczono twardość Vickersa (HV), moduł sprężystości (E), twardość zarysowania (HS) oraz odporność na mikrouszkodzenia (MMR). Właściwości tribologiczne zdefiniowano poprzez współczynnik tarcia (fs i fw), który wyznaczono zarówno w teście zarysowania oraz podczas tarcia w układzie typu kula–tarcza. Wyniki badań wskazują, że pomimo niedużo większej twardości Vickers’a (HV) powłoki PEEK 708 (HV = 350 MPa, HS = 300 MPa) względem monolitycznego PEEK (HV = 300 MPa, HS = 210 MPa), występuje niemal 40% różnica w ich twardościach zarysowania (HS). Z przeprowadzonej analizy wynika, że metody wyznaczania parametrów mikromechanicznych oraz tribologicznych stosowane dla materiałów monolitycznych PEEK sprawdzają się w badaniach powłok polimerowych PEEK. W określonych warunkach badań nie stwierdzono wpływu materiału podłoża na otrzymane wyniki dla powłoki PEEK 708.

In this work, a comparative analysis of the micromechanical and tribological properties of polyetheretherketone (PEEK) in bulk and coating form was performed. The PEEK 708 coating was applied on a Ti6Al4V titanium alloy flat specimen using the electrophoretic deposition method. The micromechanical properties were determined through indentation tests performed using the Vickers method and scratch tests. Based on research work, the Vickers hardness (HV), elastic modulus (E), scratch hardness (HS), and Micro Mar Resistance (MMR) were determined. The tribological properties were defined by the coefficient of friction (fs and fw), which was obtained in scratch tests and ball-on-disk tests. The results of this research indicate, despite the slightly higher Vickers hardness (HV) of the PEEK 708 coating (HV = 350 MPa, HS = 300 MPa) relative to PEEK bulk (HV = 300 MPa, HS = 210 MPa), that there is an almost 40% difference between the scratch hardness (HS) values of these PEEK forms. It appears from the result analysis in this paper that testing methods to determine the micromechanical and tribological properties of PEEK in monolith form can be used for both PEEK coatings. Under certain test conditions, the impact of the substrate properties on the results of the PEEK 708 coating was not found.