Антифрикционные износостойкие покрытия в системе Ti-Ni-Cr-Cu-C-N, полученные методом магнетронного распыления СВС-мишеней

Ключевые слова: АНТИФРИКЦИОННЫЕ ПОКРЫТИЯ, КАРБИД ТИТАНА, МАГНЕТРОННОЕ РАСПЫЛЕНИЕ, КОЭФФИЦИЕНТ ТРЕНИЯ, ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ

Аннотация

Карбид и карбонитрид титана являются одними из наиболее перспективных материалов для создания антифрикционных покрытий поскольку обладают низкими коэффициентом трения и приведённым износом в различных условиях эксплуатации, имеют высокие твёрдость и коррозионную стойкость. Легирование покрытий TiC и TiCN металлами, такими как Ni, Cr, Al, способствует формированию нанокомпозитной структуры, что сопровождается повышением механических и трибологических свойств, а также стойкости к окислению. Введение добавки Cu способствует измельчению кристаллитов основной фазы, за счёт их разделения аморфными прослойками в процессе осаждения покрытий.
Целью данной работы являлось исследование влияния химического состава покрытий на структуру, механические и трибологические характеристики покрытий в системе Ti-Ni-Cr-Cu-C-N.
Покрытия были получены методом магнетронного распыления с использованием мишеней TiC-NiCr и TiC-NiCr-бронза, изготовленных методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Покрытия осаждались в среде Ar и Ar-15%N2 при рабочем давлении 0,1-0,2 Па. Структура покрытий исследовалась методами растровой и просвечивающей электронной микроскопии, рентгенофазового анализа и оптической эмиссионной спектроскопии тлеющего разряда. Механические и трибологические свойства определялись методами наноиндентирования, скратч-тестирования и испытаний по схеме «стержень-диск» с использованием различных материалов контр-тел.
Результаты показали, что покрытия обладали плотной малодефектной структурой с равномерным распределением всех элементов по толщине. Основу покрытий составляла ГЦК-фаза TiC; при введении добавки меди возрастала объёмная доля аморфной фазы. Значения твёрдости и модуля упругости находились в диапазонах 18-21 ГПа и 220-240 ГПа, соответственно. Покрытия обладали высокой адгезионной прочностью - критическая нагрузка разрушения достигала 60 Н. За счёт нанесения покрытий удалось снизить коэффициент трения и приведённый износ стальной подложки в 2.5 раза.
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ в рамках государственного задания (проект № FSME-2025-0003).

Keywords: ANTIFRICTION COATINGS, TITANIUM CARBIDE MAGNETRON SPUTTERING, FRICTION COEFFICIENT, WEAR RESISTANCE

Abstract