fwjТрение и и износTitle in english0000-00000000-0000AGU10.32864/0202-4977-2024-45-1-16-28fwj-4Research ArticleСтатьиОсобенности формирования и прогнозирования триботехнических свойств ионно-плазменных алмазоподобных покрытий при стабилизации азотомFormation and Prediction of Tribotechnical Properties of Ion-Plasma Diamond-Like Coatings under Stabilization with NitrogenКолесниковВ. И.KolesnikovV. I.

пл. Ростовского Стрелкового Полка Народного Ополчения, д. 2, г. Ростов-на-Дону 344038, Россия

Rostovskogo Strelkovogo Polka Narodnogo Opolcheniya Sq., 2, Rostov-on-Don 344038, Russia

КудряковО. В.KudryakovO. V.

пл. Гагарина, д. 1, г. Ростов-на-Дону 344000, Россия

Gagarin square, 1, Rostov-on-Don 344000, Russia

kudryakov@mail.ruВоропаевА. И.VoropaevA. I.

пл. Ростовского Стрелкового Полка Народного Ополчения, д. 2, г. Ростов-на-Дону 344038, Россия

Rostovskogo Strelkovogo Polka Narodnogo Opolcheniya Sq., 2, Rostov-on-Don 344038, Russia

КолесниковИ. В.KolesnikovI. V.

пл. Ростовского Стрелкового Полка Народного Ополчения, д. 2, г. Ростов-на-Дону 344038, Россия

Rostovskogo Strelkovogo Polka Narodnogo Opolcheniya Sq., 2, Rostov-on-Don 344038, Russia

ВаравкаВ. Н.VaravkaV. N.

пл. Гагарина, д. 1, г. Ростов-на-Дону 344000, Россия

Gagarin square, 1, Rostov-on-Don 344000, Russia

ЛифарьМ. С.LifarM. S.

пл. Ростовского Стрелкового Полка Народного Ополчения, д. 2, г. Ростов-на-Дону 344038, Россия

ул. Сладкова, 178/24, г. Ростов-на-Дону 344090, Россия

Rostovskogo Strelkovogo Polka Narodnogo Opolcheniya Sq., 2, Rostov-on-Don 344038, Russia

Sladkova st. 178/24, Rostov-on-Don 344090, Russia

ГудаА. А.GudaA. A.

пл. Ростовского Стрелкового Полка Народного Ополчения, д. 2, г. Ростов-на-Дону 344038, Россия

ул. Сладкова, 178/24, г. Ростов-на-Дону 344090, Россия

Rostovskogo Strelkovogo Polka Narodnogo Opolcheniya Sq., 2, Rostov-on-Don 344038, Russia

Sladkova st. 178/24, Rostov-on-Don 344090, Russia

МантуровД. С.ManturovD. S.

пл. Ростовского Стрелкового Полка Народного Ополчения, д. 2, г. Ростов-на-Дону 344038, Россия

Rostovskogo Strelkovogo Polka Narodnogo Opolcheniya Sq., 2, Rostov-on-Don 344038, Russia

НовиковЕ. С.NovikovE. S.

пл. Ростовского Стрелкового Полка Народного Ополчения, д. 2, г. Ростов-на-Дону 344038, Россия

Rostovskogo Strelkovogo Polka Narodnogo Opolcheniya Sq., 2, Rostov-on-Don 344038, Russia

Ростовский государственный университет путей сообщения (РГУПС)РоссияRostov State Transport University (RSTU)Russian FederationДонской государственный технический университет (ДГТУ)РоссияDon State Technical University (DSTURussian FederationРостовский государственный университет путей сообщения (РГУПС); Южный федеральный университет (ЮФУ), Международный исследовательский институт интеллектуальных материаловРоссияRostov State Transport University (RSTU); Southern Federal University (SFedU), The Smart Materials Research InstituteRussian Federation2024260920264511628Copyright © AGU, 20262026AGUAGUhttps://fwj.ejournal.by/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://fwj.ejournal.by/jour/article/view/4

Представлен один из вариантов решения научно-прикладной задачи прогнозируемого формирования триботехнических характеристик ионно-плазменного покрытия. Поставленная задача решается путём создания и последующего анализа базы данных углеродных покрытий. Объектом исследований в работе являются ионно-плазменные покрытия DLC, нанесённые на стальную подложку. Показано, что использование азота для стабилизации углеродных покрытий вместо водорода обеспечивает не только получение устойчивых значений толщины покрытий DLC на уровне 1,0—1,5 мкм, но и служит важным и удобным технологическим параметром для регулирования триботехнических характеристик покрытия в процессе его нанесения. На основе прогнозируемых и экспериментальных значений коэффициента трения m и данных длины пробега образца L определены интервалы оптимальных значений технологических параметров %N и l. Исследованные углеродные ионно-плазменные покрытия DLC, полученные по установленным оптимальным режимам нанесения, могут быть рекомендованы для прикладного использования в условиях трения, эквивалентных проведенным триботехническим испытаниям при нагрузке трения F » 10 Н. 

The paper presents one of the options for solving the scientific and applied problem of the predicted formation of tribotechnical characteristics of an ion-plasma coating. The problem is solved by creating and subsequently analyzing a database of carbon coatings, including technological parameters of coating application, their elemental compositions, structural and morphological characteristics of coatings, their physical, mechanical and tribological properties, as well as characteristics of the substrate and indicators of the quality of its surface. The object of research in this work is DLC ion plasma coatings deposited on a steel substrate. The work shows that the use of nitrogen to stabilize carbon coatings instead of hydrogen ensures not only obtaining stable thicknesses of DLC coatings at the level of 1.0—1.5 mm, but also serves as an important and convenient technological parameter for regulating the tribological characteristics of the coating during its application. Based on the predicted and experimental values of the friction coefficient m and data on the sample run length L, the intervals of optimal values of the technological parameters %N and l were determined. The studied carbon ion-plasma DLC coatings, obtained according to the established optimal application modes, can be recommended for applied use under friction conditions equivalent to the tribotechnical tests carried out at a friction load of F » 10 N.

вакуумная ионно-плазменная технологияалмазоподобные покрытия (DLC)микроструктура покрытиймеханические свойстваиспытания на трение скольжениемтриботехнические свойствамашинное обучениенейросетевые алгоритмыvacuum ion-plasma technologydiamond-like coatings (DLC)microstructure of coatingsmechanical propertiessliding friction teststribotechnical propertiesmachine learningneural network algorithmsReferencesБелый А.В. и др. Структура и методы форми-рования износостойких поверхностных слоев / А.В. Белый, Г.Д. Карпенко, Н.К. Мышкин. — М.: Машиностроение. — 1991Beliy A.V. etc. Structure and methods of formation of wear-resistant surface layers. — Moscow: Me-chanical Engineering. — 1991 (in Russian)Musil J. Hard and Superhard Nanocomposite Coatings // Surface & Coatings Technology. — 2000 (125), 322—330. DOI: 10.1016/s0257-8972(99)00586-1Musil J. Hard and Superhard Nanocomposite Coatings // Surface & Coatings Technology. — 2000 (125), 322—330. DOI: 10.1016/s0257-8972(99)00586-1Наноструктурные покрытия / под ред. А. Ка-валейро, Д. де Хоссона. — М.: Техносфера. — 2011Nanostructured Coatings / ed. by A. Cavaleiro, J.T. de Hosson. — New York: Springer Science & Business Media, LLC. — 2007Ильин А.А., Плихунов В.В., Петров Л.М., Спектор В.С. Вакуумная ионно-плазменная об-работка. — М.: ИНФРА-М. — 2014Ilyin A.A., Plihunov V.V., Petrov L.M., Spector V.S. Vacuum ion-plasma treatment. — Moscow: INFRA-M. — 2014 (in Russian)Ming Lou, Kai Xu, Leilei Chen, Chengyuan Hong, Yuan Yuan, Yujie Du, Yong Du, and Keke Chang. Development of Robust Surfaces for Harsh Service Environments from the Perspective of Phase Formation and Transformation // Journal of Materials Informatics. — 2021 (1), 5. DOI: 10.20517/jmi.2021.02Ming Lou, Kai Xu, Leilei Chen, Chengyuan Hong, Yuan Yuan, Yujie Du, Yong Du, and Keke Chang. Development of Robust Surfaces for Harsh Service Environments from the Perspective of Phase Formation and Transformation // Journal of Materials Informatics. — 2021 (1), 5. DOI: 10.20517/jmi.2021.02Baba K., Hatada R., Flege S., and Ensinger W. Diamond-Like Carbon Films with Low Internal Stress by a Simple Bilayer Approach // Coatings. — 2020 (10), no. 7, 696. DOI: 10.3390/coatings10070696Baba K., Hatada R., Flege S., and Ensinger W. Diamond-Like Carbon Films with Low Internal Stress by a Simple Bilayer Approach // Coatings. — 2020 (10), no. 7, 696. DOI: 10.3390/coatings10070696Ковалева М.Г., Колпаков А.Я., Поплав-ский А.И., Галкина М.Е., Герус Ж.В., Любуш-кин Р.А., Мишунин М.В. Триботехнические свойства покрытий на основе углерода и угле-рода, легированного азотом, полученных им-пульсным вакуумно-дуговым методом // Трение и износ. — 2018 (39), № 4, 433—437Kovaleva M.G., Kolpakov A.J., Poplavsky A.I., Galkina M.E., Lyubushkin R.A., Mishunin M.V., and Gerus J.V. Properties of Coatings Based on Carbon and Nitrogen-Doped Carbon Obtained Us-ing a Pulsed Vacuum Arc Method // Journal of fric-tion and wear. — 2018 (39), no. 4, 345—348Колесников В.И., Верескун В.Д., Кудря-ков О.В., Мантуров Д.С., Попов О.Н., Новиков Е.С. Технология повышения износостойкости тяжелонагруженных трибосистем и их монито-ринг // Трение и износ. — 2020 (41), № 2, 228—234. DOI: 10.3103/S1068366620020051Kolesnikov V.I., Vereskun V.D., Kudryakov O.V., Manturov D.S., Popov O.N., and Novi¬kov E.S. Technologies for Improving the Wear Resistance of Heavy-Loaded Tribosystems and Their Monitoring // Journal of Friction and Wear. — 2020 (41), no. 2, 169—173. DOI: 10.3103/S1068366620020051Kudryakov O.V., Varavka V. N., Kolesnikov I.V., Novikov E.S., and Zabiyaka I.Yu. DLC Coatings for Tribotechnical Purposes: Features of the Struc-ture and Wear Resistance // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. — 2021 (1029), no. 1, 012061. DOI: 10.1088/1757-899X/1029/1/012061Kudryakov O.V., Varavka V. N., Kolesnikov I.V., Novikov E.S., and Zabiyaka I.Yu. DLC Coatings for Tribotechnical Purposes: Features of the Struc-ture and Wear Resistance // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. — 2021 (1029), no. 1, 012061. DOI: 10.1088/1757-899X/1029/1/012061Dementjev A.P. and Petukhov M.N. Comparison of X-Ray-Excited Auger Lineshapes of Graphite, Polyethylene and Diamond // Surface and Inter-face Analysis. — 1996 (24), 517—521Dementjev A.P. and Petukhov M.N. Comparison of X-Ray-Excited Auger Lineshapes of Graphite, Polyethylene and Diamond // Surf. Interface Anal. — 1996 (24), 517—521Charitidis C.A. Nanomechanical and Nanotribo-logical Properties of Carbon-Based Thin Films: A Review // Int. J. Refract. Metals Hard Mater. — 2010 (28), 51. DOI:10.1016/j.ijrmhm.2009.08.003Charitidis C.A. Nanomechanical and Nanotribo-logical Properties of Carbon-Based Thin Films: A Review // Int. J. Refract. Metals Hard Mater. — 2010 (28), 51. DOI:10.1016/j.ijrmhm.2009.08.003Charitidis C.A., Koumoulos E.P., and Dragato¬gi-annis D.A. Nanotribological Behavior of Carbon Based Thin Films: Friction and Lubricity Mecha-nisms at the Nanoscale // Lubricants. — 2013, no. 1, 22—47. DOI: 10.3390/lubricants1020022Charitidis C.A., Koumoulos E.P., and Dragatogi-annis D.A. Nanotribological Behavior of Carbon Based Thin Films: Friction and Lubricity Mecha-nisms at the Nanoscale // Lubricants. — 2013, no. 1, 22—47. DOI: 10.3390/lubricants1020022Ohkubo I. Realization of Closed-Loop Optimiza-tion of Epitaxial Titanium Nitride Thin-Film Growth via Machine Learning // Materials Today Physics. — 2021 (16), 100296. DOI: 10.1016/j.mtphys.2020.100296Ohkubo I. Realization of Closed-Loop Optimiza-tion of Epitaxial Titanium Nitride Thin-Film Growth via Machine Learning // Materials Today Physics. — 2021 (16), 100296. DOI: 10.1016/j.mtphys.2020.100296Lifar M.S., Guda S.A., Kudryakov O.V. et al. Re-lationships between Synthesis Conditions and TiN Coating Properties Discovered from the Data Driv-en Approach // Thin Solid Films. — 2023 (768), 139725. DOI: 10.1016/j.tsf.2023.139725.Lifar M.S., Guda S.A., Kudryakov O.V. et al. Re-lationships between Synthesis Conditions and TiN Coating Properties Discovered from the Data Driv-en Approach // Thin Solid Films. — 2023 (768), 139725. DOI: 10.1016/j.tsf.2023.139725.Robertson J. Diamond-Like Amorphous Carbon // Mater. Sci. Eng. — 2002 (R 37), 129—281Robertson J. Diamond-Like Amorphous Carbon // Mater. Sci. Eng. — 2002 (R 37), 129—281

The authors declare that there are no conflicts of interest present.