Триботехнические характеристики вакуумно-дуговых покрытий Mo–S–Ti–C на титановом сплаве ВТ5, сформированных при ассистирующем воздействии газоразрядной плазмы

Цель работы — определение наиболее рациональных условий и режимов синтеза Mo–S–Ti–C-покрытий на титановом сплаве ВТ5, обеспечивающих наилучшие триботехнические характеристики.

Покрытия наносили вакуумно-дуговым испарением катодов на модернизированной установке
ННВ-6.6-И1. Катоды изготавливали методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Ассистирующее воздействии газоразрядной плазмы при нанесении покрытия обеспечивалось автономным плазменным источником с накалённым катодом. При этом варьировали потенциал смещения на подложке, время осаждения, состав рабочей газовой среды — аргон и/или смесь аргона с азотом в соотношении 1:1.

Установлено, что воздействие газоразрядной плазмы на покрытия обеспечивает 2—3-х кратное повышение их твёрдости. Методом энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии выявлено наличие в катодах и в покрытиях элементов Mo, S и Ti, C, образующих сульфиды и твёрдые карбиды соответственно. Рентгеноструктурный анализ подтвердил синтез соединений по типу Mo₂S₃ и TiC и в катодах, и в покрытиях. Наиболее эффективный вариант покрытия, полученного с применением смеси аргона и азота содержит упрочняющую фазу TiN. Триботехнические испытания проводили при трении без смазочного материала. Установлено, что наиболее эффективный вариант покрытия с добавлением азота в плазме, по сравнению с исходным сплавом ВТ5, показал снижение коэффициента трения при нагрузке на контртело 1 Н — в 2 раза, при нагрузке 5 Н — в 3 раза; показатель износа в обоих случаях уменьшился на порядок и более. Таким образом, такой технологический способ обеспечивает формирование градиентно-слоистого покрытия и представляется перспективным для промышленного применения.

1. Крагельский И.В., Добычин М.Н., Комба-лов В.С. Основы расчетов на трение и износ. — М.: Машиностроение. — 1977

2. Renevier N.M., Hamphire J., Fox V.C. [et al.]. Advantages of Using Self-Lubricating, Hard, Wear-Resistant MoS2-Based Coatings // Surf. Coat. Technol. — 2001 (142-144), 67—77. https://doi.org/10.1016/S0257-8972(01)01108-2

3. Rahman M., Haider J., Dowling D.P. [et al.] Dep-osition of Magnetron Sputtered TiN + MoSx Coat-ing with Ti–TiN Graded Interlayer // Surf. Coat. Technol. — 2005 (200), 1071—1075. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2005.02.096

4. Gangopadhyay S., Acharya R., Chattopadh-yay A.K., and Paul S. Composition and Structure–Property Relationship of Low Friction, Wear Re-sistant TiN–MoSx Composite Coating Deposited by Pulsed Closed-Field Unbalanced Magnetron Sput-tering // Surf. Coat. Technol. — 2009 (203), 1565—1572. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2008.11.004

5. Li X., Zhang Y., Ji L. [et al.]. Tribological Proper-ties and Wear Mechanism of Molybdenum Disul-fide-Carbon Composite Film under Low Tempera-ture in Vacuum // Trib. Int. — 2024 (199), 109926. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2024.109926

6. Ren Y., Niu Y., Jia J. [et al.]. Design and Tribologi-cal Performance of CrN/Mo2N/MoSx Composite Coating in Wide Temperature Range Inspired by Oxidation Kinetics Principle // Trib. Int. — 2023 (180), 108229. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2023.108229

7. Ju S., Ji L., Liu X. [et al.]. The Effect of LaF3 in Enhancing the Atomic-Oxygen-Resistance of Mo-lybdenum-Disulfide-Based Solid Lubricant Films // Trib. Int. — 2024 (192), 109259. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2024.109259

8. Chen H., Wang W., Le K. [et al.]. Effects of Sub-strate Roughness on the Tribological Properties of Duplex Plasma Nitrided and MoS2 Coated Ti6Al4V Alloy // Trib. Int. — 2024 (191), 109123. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2023.109123

9. Прожега М.В., Рещиков Е.О., Константи-нов Е.О. [и др.]. Трибологические свойства ан-тифрикционных покрытий на основе дисульфи-да молибдена в экстремальных условиях // Тре-ние и износ. — 2022 (43), № 6, 640—650. DOI: 10.32864/0202-4977-2022-43-6-640-650

10. Способ нанесения антифрикционного изно-состойкого покрытия на титановые сплавы: патент РФ на изобретение. RU 2502828 C1. 27.12.2013. / В.М. Савостиков, А.Н. Табаченко, А.И. Потекаев, Е.Ф. Дударев

11. Savostikov V.M., Leonov A.A., Denisov V.V. [et al.]. Formation of a Zr+ZrxNy+(Zr+TiBSiNi)N+(TiBSiNi)N Gradient-Layered Coating Based on Physical and Tribo-technical Characteristics of Constituent Layers // Russ. Phys. J. — 2024(67), 1090—1099. https://doi.org/10.1007/s11182-024-03220-2