Исследование триботехнических характеристик покрытий дискретной структуры в условиях вакуума

В работе представлены результаты исследования в вакууме триботехнических характеристик упрочняющих дискретных покрытий, а также композиционных покрытий на их основе, с добавлением слоя твёрдосмазочного покрытия. Предметом исследования являются дискретные покрытия на основе тонких плёнок TiBN, которые формировали методом магнетронного распыления с осаждением потока материала через фоторезистивные маски различной геометрической конфигурации и с использованием технологии взрывной фотолитографии. Композиционные покрытия формировали магнетронным осаждением на дискретное TiBN-покрытие слоя твёрдосмазочного покрытия MoS₂. В работе оценивали влияние геометрических параметров дискретной структуры (характерный размер дискретных элементов, сплошность покрытия и толщина) на износостойкость и коэффициент трения (КТ), а также особенности разрушения рассматриваемых покрытий при трении в условиях вакуума при высокой нагрузке.

В качестве подложек под покрытия использовали пластинки из листовой стали 12Х18Н10Т. Трибометрические испытания образцов с покрытиями проводили на высоковакуумном стенде по схеме

«сфера—плоскость» с использованием тензометрической измерительной системы. Для анализа морфологических особенностей следов разрушения на дорожках трения применяли растровую электронную микроскопию. В работе использовали дискретные покрытия TiBN с характерным размером дискретных элементов от 460 мкм до 805 мкм и значениями сплошности от 0,25 до 0,7; покрытия имели толщину в диапазоне от 0,88 мкм до 2,11 мкм.

Результаты работы свидетельствуют о существенном влиянии параметров дискретной структуры покрытия на триботехнические характеристики. Образцы с дискретами диаметром 700 мкм, толщиной 1 мкм и сплошностью 0,6 демонстрировали наилучшую износостойкость и более стабильный КТ. Использование твёрдосмазочного слоя MoS₂ существенно снижает КТ до 0,03—0,07 и стабилизирует его при длительной работе в вакууме.

Предложенные покрытия могут использоваться для повышения ресурса компонентов вакуумной и космической техники.

1. Marian M., Berman D., Rota A., Jackson R.L., and Rosenkranz A. Layered 2D Nanomaterials to Tailor Friction and Wear in Machine Elements – A Review // Advanced Materials Interfaces. — 2022 (9), no. 3, 2101622. https://doi.org/10.1002/admi.202101622

2. Serles P., Gaber K., Pajovic S., Colas G., and Filleter T. High Temperature Microtribological Studies of MoS2 Lubrication for Low Earth Orbit // Lubricants. — 2020 (8), no. 4, 49, https://doi.org/10.3390/lubricants8040049.

3. Беликов А.И., Данилов М.А., Петров В.В., Седых Н.С. Исследование влияния дискретной структуры на трибологические свойства антифрикционных упрочняющих композитных покрытий // Упрочняющие технологии и покрытия. — 2017, № 12, 562—567

4. Сорока Е.Б. PVD-покрытия дискретного типа на режущем инструменте // Металлообработка. — 2010, № 2, 20—23

5. Qipeng H., Xiaoliang S., Yawen X., Kaipeng Z., and Chaohua W. Recent Progress on Surface Texturing and Solid Lubricants in Tribology: Designs, Properties, and Mechanisms // Materials Today Communications. — 2023 (35), 105854. ISSN 2352-4928