Влияние микроструктуры и состава легированных молибденом и вольфрамом вакуумных ионно-плазменных углеродных покрытий на их триботехнические характеристики при сухом трении и граничной смазке

Исследовано влияние химического и фазового состава, структуры и триботехнические характеристики двух типов вакуумных ионно-плазменных антифрикционных углеродных покрытий, легированных соответственно молибденом и вольфрамом. Триботехнические характеристики исследуемых покрытий оценивались на четырёхшариковой машине трения с модернизированной оправкой как при сухом трении, так и при трении в режиме граничной смазки в инактивной (полиальфаолефиновое масло ПАО-4), поверхностно-активной (ПАО-4 + 1 мас. % олеиновой кислоты) и химически активной (то же масло + 2 мас. % присадки ДФ-11) смазочных средах. Установлено, что все исследованные покрытия существенно снижают как потери на трение, так и износ. Обнаружено, что легирование почти так же снижает трение, как исследуемые смазочные материалы. Так, при сухом трении шарика из стали ШХ-15 по цилиндрическим поверхностям роликов из той же стали, был получен коэффициент трения ~ 0,8; при трении шара по роликам, на который нанесено покрытие из «монокристаллического углерода» легированного молибденом, коэффициент сухого трения составляет ~ 0,7; дополнительно в среде инактивного масла эта пара трения обеспечивает коэффициент трения 0,12—0,14; а в среде масла с химически активной серосодержащей присадкой коэффициент трения снижается до 0,05. Для пары трения сталь — алмазоподобное покрытие легированное молибденом, при граничной смазке поверхностно-активной композицией, минимальный коэффициент трения составил 0,09. Учёт полученных результатов позволит оптимизировать процесс создания высокоэффективных смазочных материалов для тяжелонагруженных узлов трения.

1. Bewilogua K. and Hoffman D. History of Diamond-Like Carbon Films – from Experiments to Wordwise Application // Surf. Coating Technol. — 2014 (242), 214—235. doi: 10.1016/j.surfcoat.2014.01.031

2. Tyagi A., Walia R.S., Oasim M., Pandey S.M., Tyagi M.K., and Bharat B. A Сritical Review of Diamond-Like Carbon Coatings for Wear Resistance Applications // Int. J. Refract. Met. Hard Mater. — 2019 (78), 107—122

3. Современные технологии модифицирования поверхностей деталей машин / Под ред. Г.К. Москвитина. — М.: УРСС/ЛЕНАНД. — 2013

4. Горячева И.Г., Торская Е.В., Корнев Ю.В., Ковалева И.Н., Мышкин Н.К. Теоретико-экспериментальное исследование механических свойств бикомпонентных покрытий, конденсируемых из паров металлов // Трение и износ. — 2015 (36), № 3, 340—343

5. Семёнов А.П., Хрущов М.М. Влияние внешней среды и температуры на трибологические свойства алмазных и алмазоподобных покрытий // Трение и износ. — 2010 (31), № 2, 195—217

6. Kalin M., Velkarvrh I., and Vizintin J. Role of Adsorption and Tribophysical Parameters in Lubrication of DLC // Proceedings on the Tribology Congress IV (WTC 2009). — Kyoto. — 2009, 25

7. Стрелецкий О.А., Иваненко И.П., Хвостов В.В., Савченко Н.Ф., Нишак О.Ю., Александров А.Ф. Структурные особенности углеродных материалов, синтезированных различными методами // Физика твёрдого тела. — 2016 (58), 2044—2049

8. Kalin M., Velkavrh I., Vizintin J., and Osbolt L. Review of Boundary Lubrication Mechanisms of DLC Coatings Used in Mechanical Application // Meccanica. — 2008 (43), no. 6, 623—637

9. Miyake S., Mitsuyoshi K., Kurosaka W., Matsumoto Y., Saito Y., Yasuda Y., and Okamoto Y. Boundary Lubrication Characteristic of Metal-Containing Diamond-Like Carbon (DLC) Films with Poly Alpha Olefin (PAO) Lubricant // Tribol. Online. — 2008 (3), no. 5, 310—315 10. Zapid R., Zapid R., Masjuki H.H., Varman H., Mufti K.A., Kasam M.A., and Guslar M. Effect of Lubricant Formulation on the Tribological Performance of Self-Mated Dropped DLC Contacts. A Review // Tribol. Letter. — 2015 (58), no. 2, 1—28.

10. Буяновский И.А., Хрущов М.М., Самусенко В.Д. Алмазоподобные углеродные покрытия: трибологическое поведение при граничной смазке: ч. 1. Структура, методы испытаний, смазка адсорбционными слоями // Материаловедение. — 2021, № 9, 3—16; ч. 2. Смазка химически модифицированным слоем // там же. № 10, 3—11

11. Семёнов А.П. Трибологические свойства и вакуумные ионно-плазменные методы получения алмазных и алмазоподобных покрытий // Трение и износ. — 2009 (30), № 1, 83—102.

12. Антифрикционное покрытие: патент РФ на изобретение. RU 2528449 C1. 29.07.2020. / А.Ю. Албагачиев, И.А. Буяновский, В.А. Левченко, В.Д. Самусенко

13. Тополянский П.А., Тополянский А.П., Ермаков С.А., Канаев А.Т., Бийжанов С.К., Сарсембаева Т.Е. Сертификация материалов и покрытий по физико-механическим характеристикам поверхностного слоя // Вестник современных исследований. — Омск: НЦ «Орка». — 2018. № 10–1 (25), 354—366

14. Авдюхина В.М., Хрущов М.М., Суляндзига Д.А., Левин И.С. Рентгенографические исследования влияния структурно-фазовых характеристик на трибологическое поведение упрочняющих покрытий на основе молибдена и вольфрама // Кристаллография. — 2023 (68), № 3, 455—464