Автореферат (1103280), страница 5
Текст из файла (страница 5)
% воздуха), границы работоспособности которого лежат выше исследуемого диапазонаконтактных давлений (нагрузок) и принятой для эксперимента базы испытаний.Покрытия №№ 7 и 8 (нанесенные в атмосферах, содержавших 85 и 90 об. % воздухасоответственно) имеют коэффициент трения близкий, наблюдаемому у покрытия № 6, однако ихдолговечность при нагрузках выше 0,10 и 0,05 Н, соответственно, существенно ниже, и этипокрытия не имеют перспектив в плане их использования в узлах трения.На рис. 9 представлено сопоставление результатов трибологических испытаний дляалмазоподобных покрытий, легированных различными металлами VI группы. На немприведены данные для двух покрытий, легированных хромом, одно из которых показало самуювысокую работоспособность в условиях тяжело нагруженного контакта, а другое обладаетвысокими антифрикционными свойствами. На этом же рисунке для сравнения представленыданные трибологических характеристик для АПП, легированных молибденом и вольфрамом.180.9f0.60.30.020.050.10P, H0.150.20012346000N400020000.020.050.10P, H0.150.2001234Рис.
9.Зависимость коэффициента трения f и числа цикловдо начала разрушения покрытия N от нагрузки длянекоторых из исследованных образцов: 1 – a-C:H:Crв 100 % С2Н2, 2 – a-C:H:Cr в смеси 20 ат.% С2Н2+80ат.% N2, 3 – a-C:H:Mо:Si; 4 – a-C:H:W на сталиХН35ВТ.Из рис. 9 видно, что наиболее высокими характеристикамиобладают покрытия, легированные хромом. Для нихкоэффициент трения не превышал величины f = 0,2÷0,35, адополнительное легирование азотом позволило снизить данныйкоэффициентдозначенияf≤0,1.Отметим,чтоработоспособность этих покрытий, характеризуемая числомциклов до разрушения N, была наиболее высокой у покрытий,полученных в чистом ацетилене.Легирование же азотом, приводящее к уменьшению величины f, влекло за собойуменьшение числа циклов N при высокой контактной нагрузке. Трибологические параметрыпокрытий, легированных вольфрамом и, особенно, молибденом оказались существенно ниже.В обсуждении полученных результатов приводится сопоставление результатовпроведенных структурно-фазовых исследований с данными триботехнических испытанийлегированных хромом алмазоподобных покрытий.
Делается вывод, что в случае АПП,синтезированных в смесях ацетилен-азот, структура на основе наноразмерных включений хромаи его карбидов и нитридов в аморфной углеродной матрице приводит к высокимтриботехническим характеристикам покрытий.Исследования хромсодержащих покрытий, при получении которых использовался воздух,показало, что наблюдаемое в этом случае дополнительное легирование кислородом при егозначительной концентрации может оказывать негативный эффект на их прочностные ипротивоизносные характеристики. В ряде случаев структура, образующая при синтезе покрытийпо данной технологии, представляла собой смесь фаз нитрида хрома CrN и оксида хрома Cr2O2,4,не являющегося высокопрочной фазой. Было установлено, что увеличение доли фазынестехиометрического оксида в покрытии приводит к уменьшению его работоспособности.Наблюдаемое снижение трибологических характеристик при синтезе покрытий в смесях,содержащих значительное количество воздуха, можно связать с обезуглероживанием,происходящим в присутствии кислорода воздуха, и исчезновением аморфной углеводороднойфазы.Таким образом, высокая работоспособность изученных нами покрытий, легированныххромом, может быть связана как с особенностями фазового состава их нанокомпозитнойструктуры, так и с наличием или отсутствием в них включений аморфногогидрогенизированного углерода или совместным действием этих факторов.Алмазоподобные углеродные покрытия, легированные вольфрамом, полученныераспылением составной мишени, имели коэффициент трения f ~ 0,2÷0,4 во всем интерваленагрузок, что сопоставимо с величиной f для образца a-C:H:Cr, полученного в атмосферечистого ацетилена, однако их работоспособность была ниже, чем у последнего.
Такой результат19можно объяснить наличием рентгеноаморфной структуры в этих покрытиях.Было установлено, что покрытие a-C:H:Mо:Si имеет как самый высокий коэффициенттрения, так и самую низкую долговечность среди всех исследованных в работе образцов.Подобное снижение свойств можно связать, во-первых, с наличием в структуре покрытиясилицидов молибдена, и, во-вторых, с интенсивным образованием при трении на воздухе втаком покрытии гидроокислов кремния, имеющих низкие прочностные свойства. Повышениятрибологических свойств этих АПП можно будет добиться, лишь используя их в случаеоблегченных условий, например, при трении со смазкой.В заключение следует отметить, что магнетронная технология напыления легированныххромом нанокомпозитных покрытий, использующая в качестве активной атмосферыуглеводороды в газообразном состоянии и смеси на их основе, в частности, смесь ацетилен-азот,представляет значительный интерес с точки зрения ее практического применения для получениявысокопрочных функциональных слоев.Основные результаты и выводы диссертационной работыВ работе на примере вакуумных ионно-плазменных алмазоподобных углеродныхпокрытий, содержащих добавки элементов VI группы (хрома, молибдена и вольфрама) изученовлияние природы легирующего металла и особенностей используемой технологии нанесенияпокрытий на их атомно-кристаллическую структуру, фазовый состав и физические свойства.По результатам проделанной работы можно сделать следующие выводы:1.
Показано, что высокий уровень физических и функциональных (трибологических имеханических) свойств алмазоподобных покрытий, легированных хромом, обусловлен ихнанокомпозитной структурой, фазовый состав которой включает в себя ультрадисперсныевключения фазы металлического хрома, его фаз внедрения и матрицы на основе аморфногогидрогенизированного углерода.2. Впервые установлено, что в химически осажденных покрытиях, легированныхмолибденом и кремнием, наблюдаются наноразмерные включения частиц молибдена и егосилицидов.3. Обнаружено снижение трибологических характеристик покрытий а-С:H:W иa-C:H:Mо:Si вследствие наличия в их структуре рентгеноаморфных фаз, включающих в себяатомы легирующего металла.4.
По рентгендифракционным данным проведен расчет и исследование поведения функцийрадиального распределения (ФРР) атомов в материале покрытий. Установлено, чторассчитанные величины межатомных расстояний качественно подтверждают результатыпроведенного фазового анализа для всех исследованных образцов покрытий.Впервые показано, что амплитуда осцилляций ФРР в наноструктурированных покрытиях,легированных хромом, значительно уменьшается на межатомных расстояниях порядка 10÷15нм, что сопоставимо с размерами наблюдаемых в них областей когерентного рассеяния(размером зерен) металлического хрома, тогда как в рентгеноаморфных покрытиях a-C:Н:W иa-C:H:Mо:Si корреляционный радиус не превышает 1 нм.5.
Впервые установлено, что интенсивность образования наноразмерных выделений фазынитрида хрома в покрытиях a-C:Н:Cr обусловлена увеличением содержания азота в составеактивной атмосферы. Замещение азота воздухом в составе активной газовой смеси приводит кисчезновению алмазоподобной структуры в получаемых покрытиях и, как следствие,сопровождается ухудшением их трибологических характеристик.206. Показано, что нанесение алмазоподобных покрытий методом магнетронногораспыления хрома в активной атмосфере ацетилена и азота является перспективной дляполучения покрытий с высокими функциональными характеристиками.Список печатных работ, опубликованных по теме диссертации1. Khrushchov M., Levin I., Marchenko E., Avdyukhina V., Petrzhik M.
Effect of structure and depositiontechnology on tribological properties of DLC coatings alloyed with VIA group metals // Journal of Physics:Conference Series, 729, 012016, 2016. http://dx.doi.org/10.1088/1742-6596/729/1/0120162. Хрущов М.М., Марченко Е.А., Атаманов М.В., Левин И.С., Тарелкин Ю.А. Влияние состава активнойатмосферы на трибологическое поведение покрытий, получаемых реактивным магнетроннымраспылением хрома в смесях ацетилен-азот и ацетилен-воздух // Трение и износ, 37, №5, сс. 529-539,2016.Khrushchov M. M., Marchenko E. A., Atamanov M. V., Levin I. S., Tarelkin Yu.A.
Effect of Active GasMixture Composition on Tribological Behavior of Coatings Obtained by Reactive Magnetron Sputtering ofChromium in Acetylene–Nitrogen and Acetylene–Air Gas Mixtures // Journal of Friction and Wear, 37, No.5, pp. 407–414, 2016. http://dx.doi.org/10.3103/S106836661605007X3. Хрущов М.М., Левин И.С., Марченко Е.А., Шальнов С.А., Авдюхина В.М., Петржик М.И.Особенности структуры и технологии получения алмазоподобных покрытий, легированныхметаллами VIa группы, и их влияние на трибологические свойства // Вестник Тамбовскогоуниверситета.
Серия: Естественные и технические науки, 21, №3, сс. 1405-1408, 2016.http://dx.doi.org/10.20310/1810-0198-2016-21-3-1405-14084. Левин И.С., Хрущов М.М., Марченко Е.А., Авдюхина В.М. Влияние легирования на структуру иособенности трибологического поведения вакуумных алмазоподобных покрытий // ВестникМосковского университета. Серия 3: Физика, астрономия, № 2, сс. 46–52, 2016.Levin I.S., Khrushchov M.M., Marchenko E.A., Avdyukhina V.M.
The Effect of Alloying on the Structure andTribological Behavior Peculiarities of Vacuum-Deposited Diamond-Like Coatings // Moscow UniversityPhysics Bulletin, 71, № 2, сс. 186-192, 2016. http://dx.doi.org/10.3103/S00271349160200655. Левин И.С., Хрущов М.М., Авдюхина В.М., Шальнов С.А., Марченко Е.А., Петржик М.И. Влияниеособенностей структуры вакуумных алмазоподобных покрытий, легированных металлами VIагруппы, на их свойства // Ученые записки физического факультета МГУ, № 3, с. 163503, 2016.6. Хрущов М.М., Марченко Е.А., Левин И.С., Тарелкин Ю.А. Вакуумные ионно-плазменныеалмазоподобные покрытия – нанокомпозиты: трибологическое поведение и структура // Российскийтехнологический журнал, 2, №3(8), сс. 42-55, 2015.7.
Хрущов М.М., Атаманов М.В., Марченко Е.А., Левин И. С., Дубравина А.А., Петржик М.И.Алмазоподобные покрытия с нанокомпозитной структурой, получаемые реактивным магнетроннымраспылением хрома в смеси Ar + C2H2 + N2, и их трибологические свойства // Проблемымашиностроения и надежности машин, № 1, cс. 37–45, 2014.M.M. Khrushchov, M.V. Atamanov, E.A. Marchenko, I.S.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
