Разработка нанокомпозиционных износостойких покрытий на основе карбонитридов титана и молибдена для работы в интервале температур 25-700°С

• Автор: Бондарев, Андрей Владимирович
• Шифр специальности: 05.16.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 165 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Антифрикционные покрытия

1.2 Трибологические свойства твердых износостойких покрытий

1.3 Дихалькогениды переходных металлов

1.4 Углеродсодержащие покрытия

1.5 Пластичные металлы как твердые смазки

1.6 Многофазные нанокомпозицонные покрытия

1.7 Самоадаптация покрытий в процессе трения путем образования твердых смазок на основе оксидов

1.8 Методы получения покрытий

1.9 Постановка задачи исследования

Глава 2. МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ И ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ ПОКРЫТИЙ
2.1 Исходные материалы
2.1.1 Материалы подложек и их подготовка
2.1.2 Катоды-мишени для осаждения покрытий
2.1.3 Используемые газы
2.2 Осаждение покрытий
2.3 Определение химического состава и структуры покрытий
2.3.1 Определение химического состава покрытий
2.3.2 Рентгенофазовый анализ
2.3.3 Сканирующая электронная микроскопия
2.3.4 Просвечивающая электронная микроскопия
2.3.5 Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия
2.3.6 Спектроскопия комбинационного рассеивания света (рамановская спектроскопия)
2.4 Исследование физико-механических и трибологических свойств покрытий
2.4.1 Измерение твердости, модуля упругости и упругого восстановления покрытий
2.4.2 Определение трибологических свойств покрытий
2.4.3 Измерение когезионной и адгезионной прочности покрытий
2.4.4 Оптическая профилометрия
2.4.5 Проведение ударно-динамических испытаний
Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОКРЫТИЙ СИСТЕМЫ Т1-2г-С-О-(>
3.1 Состав и структура покрытий
3.2 Механические свойства покрытий
3.3 Трибологические свойства покрытий
3.4 Жаростойкость покрытий
Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОКРЫТИЙ П-АКБЕС-И/Мо-Бе-С
4.1 Состав и структура покрытий
4.2 Механические и трибологические свойства покрытий ТБАГБКС-И/Мо-Бе-С
4.3 Адгезионные свойства покрытий П-АББЕС-И/Мо-Бе-С

4.4 Жаростойкость покрытий
Глава 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОКРЫТИЙ СИСТЕМЫ Мо-С-№^
5.1 Структура покрытий
5.2 Состав и механические свойства покрытий
5.3 Трибологические свойства покрытий
5.4 Исследование изменение структуры покрытий в зоне трибоконтакта
при испытаниях с нагревом
5.5 Адгезионные свойства покрытий Мо-С-Т4-А§
5.6 Оценка усталостной прочности покрытий Мо-С-1Ч-А£
5.7 Покрытия Мо-С-И-Аи
Глава 6. ИСПЫТАНИЯ ДЕТАЛЕЙ С ПОКРЫТИЯМИ Мг-С-О-И
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Приложение А
Приложение Б
Приложение В

ВВЕДЕНИЕ
Во многих механических системах материалы подвергаются трению и износу, что приводит к значительным энергетическим потерям и снижению эффективности работы трущихся пар. С одной стороны, в настоящее время наблюдается устойчивая тенденция, направленная на отказ от использования жидких смазок в трибосистемах, что обусловлено как ограничением их характеристик в широком интервале температур и агрессивных сред, так и все возрастающими требованиями к охране окружающей среды. С другой стороны, в аэрокосмической отрасли промышленности задача по разработке покрытий с низким коэффициентом трения в широком диапазоне температур, является одним из важнейших аспектов дальнейшего прогресса. Поэтому определенной тенденцией в области триботехнических наук является разработка покрытий, способных прийти на смену жидким смазкам, обеспечив при этом лучшие технические и экологические характеристики узлов пар трения.
В настоящее время разработаны различные типы твердых износостойких покрытий на основе керамических и металлокерамических композиционных материалов. Однако, в условиях сухого трибологического контакта, такие покрытия имеют высокий коэффициент трения, что приводит к большим расходам энергии и нежелательному локальному нагреву в зоне контакта. Кроме того, при высоком коэффициенте трения резко возрастает износ пары трения.
По оценкам ведущих отечественных и зарубежных специалистов, доля энергоресурсов, и в частности электроэнергии занимает величину порядка 30 - 40% в стоимости продукции. При работе и эксплуатации машин, двигательных установок, трансмиссий существенная часть энергии теряется на трение, что приводит к значительным энергетическим и финансовым потерям. Поэтому разработка новых видов твердых самосмазывающихся

определяет продолжительность срока службы. Время до момента обеднения трибослоя серебром сильно зависит от параметра ДТ и, следовательно, может быть оптимизировано для определенных условий применения.
Авторами [81] рассмотрена возможность использования золота, как компонента антифрикционных покрытий. Покрытия на основе системы А1-Аи осаждались методом магнетронного распыления алюминиевой мишени с некоторым с сегментами золота. Состав был подобран для получения плотных мелкозернистых покрытий А12Аи. Твердость таких однофазных покрытий составляет 4 ГПа. Термическая стабильность покрытий достигает 850°С, т.е. температурой когда начинается окисление и формирование фазы А1203. Коэффициент трения покрытий на твердосплавной подложке в паре с шариком из А1203 составлял 0,4 - 0,5 для диапазона температур от комнатной до 700°С, но при повышенных температурах наблюдались скачки коэффициента трения.
1.6 Многофазные нанокомпозицонные покрытия
Методом магнетронного распыления, скомбинированным с лазерной абляцией, недавно были получены многокомпонентные нанокомпозиционные покрытия А1203/Аи/Мо82/С для работы в различных условиях окружающей среды. Образцы тестировались во влажном воздухе, атмосфере азота, а также и на воздухе при высоких температурах. Результаты работы [82] показали, что оптимальным составом покрытия с точки зрения трибологических тестов являелся состав (А1203)о.47(Аи)о.15(Мо82)о.24Со.12-Покрытия, содержащие большее количество А1203 (62 ат. %) или большее количество С (20 ат. %), имели менее стабильный и более высокий коэффициент трения, однако, долговечность покрытий возрастала. В тоже время, увеличение количества мягкой фазы Аи в покрытии приводило к уменьшению срока службы покрытий, что говорит о необходимости более тщательного выбора состава покрытий для наилучшей износостойкости.