Определение sp²/sp³ долей в алмазоподобных углеродных покрытиях на вольфрам-кобальтовой основе по CKLL оже-спектрам

Методами рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии исследованы элементный состав и химические связи в алмазоподобной углеродной плёнке на поверхности основы из вольфрам-кобальтового сплава. По различным параметрам CKLL – оже-спектров, возбуждаемым в рентгеновских фотоэлектронных спектрометрах, определены отношения в ней долей sp²/sp³ связей, средние значения которых составили 0,32/0,68. Выявлено, что трибологическое взаимодействие контртела в виде шарика из оксида алюминия с материалом основы начинается с коэффициента трения около 0,4, а с поверхностью алмазоподобной плёнки с коэффициента трения около 1,0. При дальнейшем скольжении, начиная, примерно с 25000 циклов скольжения коэффициент трения с вольфрам-кобальтовой основой возрастает до ~ 0,65, а коэффициент трения с алмазоподобной плёнкой падает до значений ~ 0,50. В диапазоне 20000—25000 циклов скольжения коэффициент трения контртела по алмазоподобной плёнке падает до ~ 0,32, затем возвращается до 0,62. Величины, характеризующие износ контртела при взаимодействии со основой из твёрдого сплава, выше, чем при взаимодействии с поверхностью алмазоподобной плёнки. Полученные результаты подтверждают, что плёнки такого типа технологически целесообразно использовать в узлах трения, где требуется сочетание высокой деформационной стойкости при высоких нагрузках и высокой коррозионной устойчивости при высоких температурах и неблагоприятных условиях окружающей среды.

1. Zhangcheng Liu, Dan Zhao, Jin-Ping Ao, Wei Wang, Xiaohui Chang, Yanfeng Wang, Jiao Fu, and Hong-Xing Wang. Enhanced Ultraviolet Photoresponse of Diamond Photodetector Using Patterned Diamond Film and Two-Step Growth Process // Materials Science in Semiconductor Processing. — 2019 (89), 110—115. DOI: 10.1109/TED.2021.3116932

2. Xinyi Jia, Nan Huang, Yuning Guo, Lusheng Liu, Peng Li, Zhaofeng Zhai, Bing Yang, Ziyao Yuan, Dan Shi, and Xin Jiang. Growth Behavior of CVD Diamond Films with Enhanced Electron Field Emission Properties over a Wide Range of Experimental Parameters // Journal of Materials Science & Technology. — 2018 (34), no. 12, 2398—2406. DOI: 10.1016/j.jmst.2018.04.021

3. Anagh Bhaumik, Ritesh Sachan, and Jagdish Narayan. Tunable Charge States of Nitrogen-Vacancy Centers in Diamond for Ultrafast Quantum Devices // Carbon. — 2019 (142), 662—672. DOI: 10.1016/j.carbon.2018.10.084

4. Nistor P.A. and May P.W. Diamond Thin Films: Giving Biomedical Applications a New Shine // J. Royal Soc. Interf. — 2017 (14), 0382—0396. DOI: 10.1098/rsif.2017.0382

5. Mária Domonkos, Marián Varga, Lukáš Ondič, Lenka Gajdošová, and Alexander Kromka. Microsphere Lithography for Scalable Polycrystalline Diamond-Based Near-Infrared Photonic Crystals Fabrication // Materials & Design. — 2018 (139), 363—371. DOI: 10.1016/j.matdes.2018.06.023

6. Williams O.A. Nanocrystalline Diamond // Diamond & Related Material. — 2011 (20), 621—640. DOI: 10.1016/j.diamond.2011.02.015

7. Konicek A.R., Grierson D.S., Gilbert P.U.P.A., Sawyer W.G., A.V. Sumant, and Carpick R.W. Origin of Ultralow Friction and Wear in Ultrananocrystalline Diamond // Physical Review Letters. — 2008, no. 100(23), 235502—235505. DOI: 10.1103/PhysRevLett.100.235502

8. Revati Rani, Kumar N., Kozakov A.T., Googlev K.A., Sankaran K.J., Pankaj Kr. Das, Dash S., Tyagi A.K., and I-Nan Lin. Superlubrication Properties of Ultra-Nanocrystalline Diamond Film Sliding Against a Zirconia Ball // RSC Advances. — 2015 (5), no. 122, 100663—100673. DOI: 10.1039/C5RA18832F

9. Парфенов А.С., Шилов М.А., Смирнова А.И., Берёзина Е.В., Ткачев А.Г., Бурков А.А., Рожкова Н.Н., Усольцева Н.В. Влияние различных аллотропов углерода на трибологические и реологические характеристики модельных смазочных систем // Трение и износ. — 2021 (42), № 3, 338—349. DOI: 10.32864/0202-4977-2021-42-3-338-349

10. Григорьев А.Я., Гуцев Д.М., Кудрицкий В.Г., Тран Х.В., Нгуен Т.В., Фам Т.В., Дон Ф.Д., Григорьев Ф.A., Мышкин Н.К. Влияние модифицированного графена на триботехнические характеристики электролитических никель-молибденовых покрытий // Трение и износ. — 2025 (46), № 2, 199—206. DOI: 10.32864/0202-4977-2025-46-2-199-206

11. Kumar N., Sankaran K.J., Kozakov A.T., Sidashov A.V., Nicolskii A.V., Haenen K., and Kolesnikov V.I. Surface and Bulk Phase Analysis of the Tribolayer of Nanocrystalline Diamond Films Sliding Against Steel Balls // Diamond and Related Materials. — 2019 (97), 107472. DOI: 10.1016/j.diamond.2019.107472

12. Sien Drijkoningen, Paulius Pobedinskas, Svetlana Korneychuk, Aleksandr Momot, Yasodhaadevi Balasubramaniam, Marlies K. Van Bael, Stuart Turner, Jo Verbeeck, Miloš Nesládek, and Ken Haenen. On the Origin of Diamond Plates Deposited at Low Temperature // Crystal Growth & Design. — 2017 (17), 4306—4314. DOI: 10.1021/acs.cgd.7b00623

13. Воропаев А.И., Колесников В.И., Кудряков О.В., Варавка В.Н, Колесников И.В., Лифарь М.С., Гуда С.А., Гуда А.А., Сидашов А.В. Покрытия DLC, стабилизированные азотом: оптимизация свойств и режимов нанесения с использованием алгоритмов рандомизированных деревьев и нейронных сетей // Физическая мезомеханика. — 2024 (27), № 4, 355—369. DOI: 10.55652/1683-805X_2024_27_2_16-32

14. Kozakov A.T., Kochur A.G., Kumar N., Panda K., Nikolskii A.V., and Sidashov A.V. Determination of sp2 and sp3 Phase Fractions on the Surface of Diamond Films from C1s, Valence Band X-Ray Photoelectron Spectra and CKVV X-Ray-Excited Auger Spectra // Applied Surface Science. — 2021 (536), 147807. DOI: 10.1016/j.apsusc.2020.147807

15. Dementjev A.P. and Petukhov M.N. Comparison of X-Ray-Excited Auger Lineshapes of Graphite, Polyethylene and Diamond // Surf. Interface Anal. — 1996 (24), 517—521. DOI: 10.1002/(SICI)1096-9918(199608)24:8<517::AID-SIA154>3.0.CO;2-L