Стратегии улучшения триботехнических характеристик покрытий TiN/a-C

В настоящей работе исследованы механические свойства и триботехнические характеристики покрытий TiN (монослой), TiN/a-C (двухслойное, два типа сочетаний упругопластических свойств сред) на основе экспериментальных и теоретических подходов. Микроструктура синтезированных покрытий, рельеф лицевой поверхности аттестованы сканирующим электронным микроскопом. Анализ соответствия покрытия а-С осуществлялся методом нарушенного полного внутреннего отражения (НПВО) при использовании ИК Фурье-спектрометра. Твёрдость и приведённый модуль упругости были получены методом непрерывного индентирования пирамидой Берковича. Интенсивность износа и коэффициент трения определены в режиме трение скольжения. Результаты комплексного экспериментального исследования покрытий являлись основой для построения конечно-элементной модели индентирования двухслойной упругопластической среды с различным сочетанием упругих и пластических характеристик, и относительных толщин слоёв. Экспериментально установлена корреляция параметров рассматриваемых покрытий H/E и H³/E² и интенсивности износа. Теоретически установлены функциональные зависимости твёрдости и приведённого модуля упругости в зависимости от относительной толщины лицевого метастабильного слоя а-С. Определено оптимальное соотношение толщин составляющих слоёв TiN/a-C покрытия при заданных упругопластических характеристиках материалов, которое будет обладать наилучшими триботехническими характеристиками.

1. Aghaei A.A., Eshaghi A., and Karami E. Silicon Solar Cell Performance Deposited by Diamond Like Carbon Thin Film “Atomic Oxygen Effects” // Acta Astronautica. — 2017 (138), 369—373

2. Pavlenko V.I., Cherkashina N.I., and Zaitsev S.V. Fabrication and Characterization of Nanocomposite Films Al, Cu/Al and Cr/Al Formed on Polyimide Substrate // Acta Astronautica. — 2019 (160), 489—498

3. Santos M.D., Fukumasu N.K., Tschiptschin A.P., Lima N.B., Figueroa C.A., Weber J.S., Souza R.M., and Machado I.F. Effect of Ti/Si and Ti/TiN/Si Interlayers on the Structure, Properties, and Tribological Behavior of an a-C Film Deposited onto a C17200 Copper-Beryllium Alloy // Surface and Coatings Technology. — 2022 (441), 128561

4. Liu L., Wu Z., An X., Xiao S., Cui S., Lin H., Fu R.K.Y., Tian X., Wei R., Chu P.K., and Pan F. Excellent Adhered Thick Diamond-Like Carbon Coatings by Optimizing Hetero-Interfaces with Sequential Highly Energetic Cr and C Ion Treatment // Journal of Alloys and Compounds. — 2018 (735), 155—162

5. Song Z., Liu Y., Liu Yu., Jiang X., Pilipstou D.G., and Rogachev A.V. Improving the Protective Properties of an Artificial Joint Friction Couple by Using TiN and DLC Films // Surface and Coatings Technology. — 2023 (472), 129944

6. Chen X., Du Y., and Chung Y.-W. Commentary on Using H/E and H3/E2 as Proxies for Fracture Toughness of Hard Coatings // Thin Solid Films. — 2019 (688), 137265

7. Lepicka M., Grądzka-Dahlke M., Pieniak D., Pasierbiewicz K., and Niewczas A. Tribological Performance of Titanium Nitride Coatings: A Comparative Study on TiN-Coated Stainless Steel and Titanium Alloy // Wear. — 2019 (422-423), 68—80

8. Беляк О.А., Суворова Т.В., Мантуров Д.С. Исследование триботехнических и механических характеристик износостойких покрытий с учетом их упругопластических свойств // Трение и износ. — 2024 (45), № 5, 410—419

9. Колесников В.И., Кудряков В. И., Кудряков О.В., Воропаев А.И., Колесников И.В., Варавка В.Н., Лифарь М.С., Гуда А.А., Мантуров Д.С., Новиков Е.С. Особенности формирования и прогнозирования триботехнических свойств ионно-плазменных алмазоподобных покрытий при стабилизации азотом // Трение и износ. –—2024 (45), № 1, 16—28

10. Пашков Д.М., Беляк О.А., Гуда А.А., Колесников В.И., Обратное проектирование механических и трибологических свойств покрытий: результаты алгоритмов машинного обучения // Физическая мезомеханика. — 2022, № 2(25), 24—34

11. McMaster S.J., Kosarieh S., Liskiewicz T.W., Neville A., and Beake B.D. Utilising H/E to Predict Fretting Wear Performance of DLC Coating Systems // Tribology International. — 2023 (185), 108524

12. Robertson J. Diamond-Like Amorphous Carbon // Materials Science and Engineering: R: Reports. — 2002 (37), 129—281

13. Konshina E.A. and Vangonen A.I. Features of the Vibrational Spectra of Diamond-Like and Polymer-Like a-C:H Films // Semiconductors. — 2005 (39), 585—590

14. Ватульян А. О., Беляк О. А. Асимптотический подход к расчету волновых полей в слое с дефектом малого характерного размера // Акустический журнал. — 2020, № 3 (66), 235—241

15. Беляк О.А., Суворова Т.В. Влияние микроструктуры основания на силы трения при движении плоского штампа // Экологический вестник научных центров Черноморского экономического сотрудничества. — 2018 (3), 25—31