Повышение износостойкости тяжелонагруженных трибосистем путем применения комбинированных ионно-плазменных алмазоподобных покрытий CrSiAlN + DLC при стабилизации азотом

Рассмотрена задача определения физико-механических и трибологических параметров ионно-плазменных покрытий DLC, нанесенных на стальную подложку с использованием азота для стабилизации структуры и толщины покрытий. Полученные зависимости коэффициента трения µ и длины пробега L образцов до момента разрушения покрытия от тока и индукционных катушек (λ, А) – мощности ионного потока, количества стабилизатора – азота (%N) позволили не только оптимизировать режимы нанесения покрытия, но и выявить недостатки DLC-покрытий. В частности, установлено, что коэффициент трения практически остается постоянным и достаточно малым во всем диапазоне нагрузок на уровне µ = 0,17. Что касается износа, то в интервале значительных нагрузок экспериментальная зависимость пути трения до разрушения непрерывно убывает и стремится к нулю. Поэтому дальнейшие исследования были направлены на разработку технологии получения комбинированного покрытия путем чередования металлокерамических слоев CrAlSiN, полученных дуговым напылением путем физического вакуумного осаждения PVD-покрытий, и углеродных (в том числе алмазоподобных) слоев, полученных лазерным испарением графита, без извлечения образцов-подложек из вакуумной камеры установки BRV-600. В результате совмещения высокой износостойкости нитридного покрытия CrAlSiN и низкого коэффициента трения покрытия DLC существенно увеличивает износостойкость высоконагруженных трибосопряжений.

1. Азаренков, Н. А. Наноструктурные покрытия и наноматериалы : Основы получения. Свойства. Области применения. Особенности современного наноструктурного направления в нанотехнологии / Н. А. Азаренков, В. М. Береснев, А. Д. Погребняк, Д. А. Колесников. – Москва : Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2012. – 368 с. – ISBN 978-5-397-02385-6.

2. Savchenko, A. Transforming Graphene / A. Savchenko // Science. – 2009. – Vol. 323. – P. 589–590. – DOI 10.1126/science.1169246.

3. Бирюков, В. П. Лазерные комплексы для упрочнения деталей и точного раскроя листового материала / В. П. Бирюков // Вестник машиностроения. – 2003. – № 2. – С. 31–33. – ISSN 0235-7119.

4. Hong, S. Study on mechanical properties after laser forming / S. Hong, Y. Zhenqiang // Optics and Lasers in Engineering. – 2009. – Vol. 47. – P. 111–117. – DOI 10.1016/j.optlaseng.2008.07.010.

5. Балдаев, Н. Алмазоподобные углеродные покрытия DLC. Варианты и применение / Н. Балдаев // Ритм машиностроения. – 2022. – № 4. – С. 38–43.

6. The mechanical and tribological properties of magnetron sputtered Ti–C:H coatings / V. Y. Kulikovsky, F. Fendrych, L. Jastrabik [et al.] // Surface and Coatings Technology. – 1998. – Vol. 102. – P. 81–89.

7. Li, G. Effect of Cr Atom Plasma Emission Intensity on the Characteristics of CrDLC Films Deposited by Pulsed-DC Magnetron Sputtering / Guang Li, Yi Xu, Yuan Xia // Coatings. – 2020. – Vol. 10 (7). – P. 608. – DOI 10.3390/coatings10070608.

8. Evaristo, M. Room and High Temperature Tribological Behaviour of W-DLC Coatings Produced by DCMS and Hybrid DCMS-HiPIMS Configuration / M. Evaristo, F. Fernandes, A. Cavaleiro // Coatings. – 2020. – Vol. 10 (4). – 319 p. – DOI 10.3390/coat-ings10040319.

9. A borondoped diamond like carbon coating with high hardness and low friction coefficient / Ren Zhencheng, Qin Haifeng, Dong Yalin [et al.] // Wear. – 2019. – Vol. 436–437. – Article no. 203031.

10. Ti content on the tribological properties of W/Tidoped diamond-like carbon film lubricating with additives / Zhang Shaojun, Yue Wen, Kang Jiajie [et al.] // Wear. – 2019. – Vol. 430–431. – P. 137– 144. – DOI 10.1016/j.wear.2019.05.002.

11. Evaristo, M. Room and High Temperature Tribo-logical Behaviour of W-DLC Coatings Produced by DCMS and Hybrid DCMS-HiPIMS Configuration / M. Evaristo, F. Fernandes, A. Cavaleiro // Coatings. – 2020. – Vol. 10 (4). – 319 р. – DOI 10.3390/coat-ings10040319.

12. AlTiN layer effect on mechanical properties of Ti-doped diamond-like carbon composite coatings / Pang Xiaolu, Yang Huisheng, Gao Kewei [et al.] // Thin Solid Films. – 2011. – Vol. 519. – P. 5353–5357. – DOI 10.1016/j.tsf.2011.02.040.

13. Microstructure and mechanical properties of Ti/AlTiN/Ti-diamondlike carbon composite coatings on steel / Pang Xiaolu, Yang Huisheng, Gao Kewei [et al.] // Journal of Materials Research. – 2010. – Vol. 25, No. 11. – P. 2159–2165. – DOI 10.1557/JMR.2010.0281.

14. Effects of DLC/TiAlN-coated die on friction and wear in sheetmetal forming under dry and oillubricated conditions : Experimental and numerical studies / M. H. Sulaiman, R. N. Farahana, K. Bienk [et al.] // Wear. – 2019. – Vol. 438–439. – Article no.203040.

15. The role of hydrogen on the friction mechanism of diamondlike carbon films / C. Donnet, J. Fontaine, A. Grill, T. le Mogne // Tribology Letters. – 2001. – Vol. 9. – P. 137–142. – DOI 10.1023/A:1018800719806.

16. Триботехнические свойства покрытий на основе углерода и углерода, легированного азотом, полученных импульсным вакуумнодуговым методом / М. Г. Ковалева, А. Я. Колпаков, А. И. Поплавский [и др.] // Трение и износ. – 2018. – Т. 39. – № 4. – С. 433–437. – ISSN 0202-4977.

17. Новиков, Е. С. Установление закономерностей изменения структурно-фрикционных свойств тяжелонагруженных металлополимерных и металлических трибосистем и разработка методов повышения их износостойкости : специальность 05.02.04 «Трение и износ в машинах» : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Новиков Евгений Сергеевич ; Ростовский государственный университет путей сообщения. – Ростов-на-Дону, 2020. – 149 с.

18. Покрытия DLC, стабилизированные азотом : оптимизация свойств и режимов нанесения с использованием алгоритмов рандомизированных деревьев и нейронных сетей / А. И. Воропаев, В. И. Колесников, О. В. Кудряков [и др.] // Физическая мезомеханика. – 2024. – Т. 27. – № 2. – С. 16–32. – DOI 10.55652/1683-805X_2024_27_2_16-32.

19. Структурные аспекты износостойкости вакуумных ионно-плазменных покрытий / В. И. Колесников, О. В. Кудряков, И. Ю. Забияка [и др.] // Физическая мезомеханика. – 2020. – Т. 23. – № 1. – С. 62–77. – DOI 10.24411/1683-805X-2020-11006.