РАЗЛИЧИЯ ФИЗИКО-ТРИБОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАГНЕТРОННО-ПЛАЗМЕННОГО АНТИФРИКЦИОННОГО ПОКРЫТИЯ Ti –C–Mo –S, НАНЕСЕННОГО НА ПОДЛОЖКИ ИЗ СТАЛЕЙ 40Х И 20Х13

Представлены результаты сравнительных исследований трибологических и физических свойств антифрикционного покрытия многокомпонентного состава Ti – C – Mo – S, нанесенного комбинированным магнетронно-плазменным методом на подложки из сталей 40Х и 20Х13. Покрытие на подложках из сталей 40Х и 20Х13 формировали в одной загрузке, т.е. в одинаковых условиях и при одинаковых технологических режимах путем магнетронного распыления катодов, изготовленных при помощи СВС-синтеза, и ассистирующего воздействия высокоплотной газоразрядной плазмы, формируемой плазменным источником ПИНК. В работе приведены технологические приемы, применявшиеся при нанесении покрытия. После формирования покрытия подложки подвергали фрикционным испытаниям на трибометре по схеме «pin-on-disk», линейная скорость перемещения контртел относительно друг друга составляла 50 – 60 см/с. Полученные результаты показали существенное различие трибологических характеристик покрытия в зависимости от материала подложки, в первую очередь, износостойкости. Выявлена существенная разница показателей ресурса работы покрытия на подложках из разных материалов при сравнении малолегированной хромом (примерно 1 %) стали 40Х (износостойкость более высокая) и высоколегированной хромом (примерно 13 %) сталью 20Х13. Представлены результаты оптической и электронно-растровой микроскопии треков износа, обнаружено различие в характере и степени износа покрытия на подложках из сталей 40Х и 20Х13. При помощи электронного профилометра по усредненной площади поперечного сечения дорожки трения оценен удельный износ покрытия на 1000 оборотов диска: площадь сечения дорожки износа покрытия на подложке из стали 20Х13 в четыре раза больше, чем на подложке из стали 40Х. Комплексный анализ результатов физико-трибологических исследований позволяет предположить, что выявленное различие обусловлено, в первую очередь, разным исходным химико-фазовым составом и различиями в структуре использованных в эксперименте материалов подложки, определяющих свойства легированного поверхностного слоя и прочность сцепления (адгезию) покрытия с подложкой и, в конечном счете, механизм изнашивания.

магнетронно-плазменный метод, антифрикционное покрытие, многокомпонентный состав, трибология, трение, износ, коэффициент трения, износостойкость

1. Musil J., Vlček J. Physical and mechanical properties of hard nanocomposite films prepared by magnetron sputtering. – In book: Proceedings of 5th International Conference on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows. Vol. 3. – Tomsk, 2000. P. 393 – 398.

2. Савостиков В., Борисов Д., Сергеев С., Коротаев А., Пинжин Ю. Nanostructure Superhard Coatings and Technological Design of Gradient-Packet Macrostructures // Изв. вузов. Физика. 2006. № 8. Приложение. С. 502 – 507.

3. Houška J., Vlček J., Hřeben S., Bilek M.M.M., McKenzie D.R. Effect of B and the Si/C ratio on high-temperature stability of Si – B – – C – N materials // Europhysics Letters. 2006. Vol. 76. P. 512 – 518.

4. Musil J., Daniel R., Zeman P., Takai O. Structure and properties of Zr – Si – N films with a high (≥25 at.%) Sicontent // Thin Solid Films. 2005. Vol. 478. P. 238 – 247.

5. Ma S.L., Ma D.Y., Guo Y., Xu B., Wu G.Z., Xu K.W., Paul K. Synthesis and characterization of super hard, self-lubricating Ti – Si – C – N nanocomposite coatings // Acta Materialia. 2007. Vol. 55. P. 6350 – 6355.

6. Kwang Ho Kim, Jung Tae Ok, Sudeep Abraham, Young-Rae Cho, In-Wook Park, John J. Moore. Syntheses and mechanical properties of Ti – B – C – N coatings by a plasma-enhanced chemical vapor deposition // Surface and Coatings Technology. 2006. Vol. 201. P. 4185 – 4189.

7. Su Y.L., Kao W.H. Tribological behavior and wear mechanism of MoS2 – Cr coatings sliding against various counterbody // Tribology International. 2003. Vol. 36. P. 11 – 23.

8. Ersin Arslan, Özlem Baran, Ihsan Efeoglu, Yasar Totik. Evaluation of adhesion and fatigue of MoS2 – Nb solid-lubricant films deposited by pulsed-dc magnetron sputtering // Surf. Coat. Technol. 2008. Vol. 202. P. 2344 – 2348.

9. Steinmann M., Muller A., Meerkamm H. A new type of tribological coating for machine elements based on carbon, molybdenum disulphide and titanium diboride // Tribology International. 2004. Vol. 37. P. 879 – 885.

10. Ihsan Efeoglu. Co-sputtered Mo:S:C:Ti:B based coating for tribological applications // Surface and Coatings Technology. 2005. Vol. 200. P. 1724 – 1730.

11. Musil J., Novák P., Čerstvý R., Soukup Z. Tribological and mechanical properties of nanocrystalline-TiC/α-C nanocomposite thin films // J. Vac. Sci. Technol. A. 2010. Vol. 28. No. 2 (Mar/Apr). P. 244 – 249.

12. Novák P., Musil J., Čerstvý R., Jäger A. Coefficient of friction and wear of sputtered α-C thin coatings containing Mo // Surface and Coatings Technology. 2010. Vol. 205. P. 1486 – 1490.

13. Rahman Mahfujur, Haider Julfikar, Dowling D.P., Duggan P., Hashmi M.S.J. Investigation of mechanical properties of TiN + MoSx coating on plasma-nitrided substrate // Surface and Coatings Technology. 2005. Vol. 200. P. 1451 – 1457.

14. Gangopadhyay S., Acharya R., Chattopadhyay A.K., Paul S. Pulsed DC magnetron sputtered MoSx –TiN composite coating for improved mechanical properties and tribological performance // Surface and Coatings Technology. 2009. Vol. 203. P. 3297 – 3305.

15. Renevier N.M., Hamphire J., Fox V.C., Witts J., Allen T., Teer D.G. Advantages of using self-lubricating, hard, wear-resistant MoS2 -based coatings // Surface and Coating Technology. 2001. Vol. 142-144. P. 67 – 77.

16. Пат. 2502828 РФ. Способ нанесения антифрикционного износостойкого покрытия на титановые сплавы / В.М. Савостиков, А.Н. Табаченко, А.И. Потекаев, Е.Ф. Дударев; заявл. 18.06.2012; опубл. 27.12.2013. Бюл. № 36.

17. Савостиков В.М., Потекаев А.И., Табаченко А.Н. Физико-технические основы создания градиентно-слоистых поверхностей многокомпонентного состава совмещением методов ионно- диффузионного насыщения, магнетронного и вакуумно-дугового осаждения // Изв. вузов. Физика. 2011. № 7. С. 26 – 34.

18. Пат. 2116707 РФ. Устройство для создания низкотемпературной газоразрядной плазмы / Д.П. Борисов, Н.Н. Коваль, П.М. Щанин; заявл. 06.01.1997; опубл. 27.07.1998. Бюл. № 21.

19. Savostikov V.M., Potekaev A.I., Tabachenko A.N., Shulepov I.A., Kuzmichenko V.M., Didenko A. Gradient-layered tribological coatings based on Mo – S – Ti – C, created by the combined ion-plasma methods // Russian Physics Journal. 2012. Vol. 11. P. 1232 – 1240.

20. Крагельский И.В., Добычин М.Н., Комбалов В.С. Основы расчетов на трение и износ. – М.: Машиностроение, 1977. С. 285, 286.