Preview

Известия Высших Учебных Заведений. Черная Металлургия

Расширенный поиск

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

https://doi.org/10.17073/0368-0797-2017-12-966-971

Полный текст:

Аннотация

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.

Об авторах

А. Ю. Шубин
Национальный исследовательский Томский политехнический университет; Национальный исследовательский Томский государственный университет
Россия

аспирант кафедры точного приборостроения 

634050, Томск, пр. Ленина, 30

634050, Томск, пр. Ленина, 36



А. И. Потекаев
Национальный исследовательский Томский государственный университет
Россия

д.ф-м.н., профессор, директор Сибирского физико-технического института им. В.Д. Кузнецова (СФТИ ТГУ), заведующий лабораторией перспективных материалов и технологий

634050, Томск, пр. Ленина, 36



В. М. Савостиков
Национальный исследовательский Томский государственный университет
Россия

к.т.н., ведущий технолог 

634050, Томск, пр. Ленина, 36



А. Н. Табаченко
Национальный исследовательский Томский государственный университет
Россия

к.ф-м.н., заведующий лабораторией 

634050, Томск, пр. Ленина, 36



С. В. Галсанов
Национальный исследовательский Томский государственный университет
Россия

к.т.н., инженер-исследователь 

634050, Томск, пр. Ленина, 36



Список литературы

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.


Для цитирования:


Шубин А.Ю., Потекаев А.И., Савостиков В.М., Табаченко А.Н., Галсанов С.В. РАЗЛИЧИЯ ФИЗИКО-ТРИБОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАГНЕТРОННО-ПЛАЗМЕННОГО АНТИФРИКЦИОННОГО ПОКРЫТИЯ Ti –C–Mo –S, НАНЕСЕННОГО НА ПОДЛОЖКИ ИЗ СТАЛЕЙ 40Х И 20Х13. Известия Высших Учебных Заведений. Черная Металлургия. 2017;60(12):966-971. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2017-12-966-971

For citation:


Shubin A.Y., Potekaev A.I., Savostikov V.M., Tabachenko A.N., Galsanov S.V. DIFFERENCES IN PHYSICAL-TRIBOLOGICAL PROPERTIES OF ANTI-FRICTION ION-PLASMA Ti –C–Mo –S COATING DEPOSITED ON 20Kh13 AND 40Kh STEELS. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2017;60(12):966-971. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/0368-0797-2017-12-966-971

Просмотров: 194


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 0368-0797 (Print)
ISSN 2410-2091 (Online)