RO128094B1

RO128094B1 - Material multistrat de acoperire cu proprietăţi tribologice şi procedeu de obţinere a acestuia

Info

Publication number: RO128094B1
Application number: ROA201100729A
Authority: RO
Inventors: Alice-Ortansa Mateescu; Gheorghe Mateescu
Original assignee: Institutul Naţional De Cercetare Şi Dezvoltare Pentru Fizică Şi Inginerie Nucleară "Horia Hulubei"
Priority date: 2011-07-25
Filing date: 2011-07-25
Publication date: 2014-09-30
Also published as: RO128094A2

Description

Invenția se referă la un material de acoperire cu straturi multiple, având proprietăți tribologice și la un procedeu de obținere, în vid, a acestuia, prin realizarea unor depunerii, în vid, a unor straturi subțiri, multiple.

Acoperirile tribologice, realizate conform invenției, se adresează, în primul rând, componentelor din industria auto, aerospațială și militară, fiind realizate pentru îmbunătățirea proprietăților tribologice ale pieselor metalice, supuse frecării (a cuplelor de frecare), ce provoacă, prin uzură, zgomote și încălzire exagerată, distrugerea înainte de termen a acestora, dar pot fi utilizate și în multe alte domenii ale construcției de mașini.

Sunt cunoscute o multitudine de metode și de materiale, pentru realizarea, în vid, a acoperirilor multiple cu proprietăți tribologice, pentru cuplele de frecare, care se diversifică continuu. Piesele mecanice, supuse frecării, lucreazăîn medii diferite (atmosferă uscată sau umedă, vacuum, medii lubrifiante lichide etc.) și pentru îmbunătățirea rezistenței la uzură, sunt acoperite cu straturi subțiri, tribologice, care, în afară de un coeficient de frecare - CF (static și dinamic) cât mai redus și care să nu fie influențat negativ de anumiți factori ai mediului de lucru (temperatură, umiditate, presiune, prezența gazelor corozive etc.) sau de sarcina de apăsare a cuplei de frecare, trebuie să prezinte și:

- duritate ridicată și tenacitate/compresibilitate bună (care să permită sarcini de lucru ridicate);

- rezistență la coroziune și la oxidare termică la temperaturi înalte sau la prezența umidității în mediul de lucru;

- aderență la substrat cât mai ridicată.

Sarcina de apăsare a cuplei de frecare și factorii de mediu au o mare influență asupra cuplelor de frecare și reduc drastic durata de utilizare a acestora. Spre exemplu, în vid, unde coeficientul de frecare al cuplelor de frecare crește sensibil față de coeficientul de frecare în mediul ambiant, iar utilizarea lubrifianților este drastic limitată, s-au dezvoltat acoperirile lubrifiante, uscate (dry lubricant coatings), cu un singur strat subțire sau cu straturi subțiri, multiple.

Soluția radicală de reducere a frecării a constituit-o mult timp utilizarea lubrifianților uscați de top, cu coeficientul de frecare în aer față de oțel - CF_{static/dinamic} < 0,1...0,4, dintre care fac parte:

- teflonul (Poli-Tetra-Fluor-Etilena = PTFE) - ca marcă comercială DuPont - cu coeficientul de frecare de 0,05...0,08 și temperatura maximă de lucru de 288°C;

- compușii metalelor tranziționale din grupa a 6-a a Tabelului periodic al elementelor (Mo/W) cu elemente din grupa a 16-a a Tabelului periodic (denumite chalcogenide), precum: sulful - S, seleniul - Se și telurul - Te, cu formula generală: MX₂ (M = Mo/W și X = S/Se/Te). Cele mai utilizate materiale lubrifiante uscate din această categorie sunt bisulfura de molibden (MoS₂) cu CF = 0,15 static și 0,06 dinamic și bisulfura de wolfram (WS₂), cu CFstatic ⁼0,07 Și CF_dinamic =0,03;

- grafitul sau carbonul de tip diamant (Diamond Like Carbon-DLC), de tipul: a-C (carbon amorf); a-C:H (carbon amorf hidrogenat); ta-C (carbon amorf tetraedal) sau ta-C:H (carbon amorf hidrogenat, tetraedal), cu CF = 0,01...0,1/0,5;

- carburile și nitrurile metalelor tranziționale precum: TiN cu CF = 0,4, TiCN cu CF = 0,3, TiAIN cu CF = 0,3 5, CrN cu CF = 0,45;

- borura de magneziu și aluminiu (AIMgB₁₄), cunoscută și sub denumirea de BAM, este un compus chimic (aliaj ceramic) din aluminiu, magneziu și bor, care depus, împreună cu diborura de titan (TiB₂), asigură unul dintre cei mai scăzuți coeficienți de frecare dinamici (CF = 0,02), dar și o duritate foarte mare (40...46 GPa), fiind în scara Mohs după diamant, carbonitrura de bor cubică (c-BC₂N) și nitrura de bor cubică (c-BN).

RO 128094 Β1

Se cunoaște, de exemplu, un material cu proprietăți tribologice, din cererea de brevet 1 internațională WO 2006/020619, din 2006, care este un material compozit cu proprietăți tribologice, superioare, care include un prim polimer, care este un film de transfer, și un al 3 doilea polimer, amestecat cu primul polimer. Se menționează că primul polimer este PTFE (teflonul) și al doilea polimer este o polyaryletherketonă. 5

Mai este cunoscut, tot din domeniul utilizării singulare a materialelor lubrifiante, uscate, de top, brevetul RU 20091444010, un material cu proprietăți îmbunătățite, un mate- 7 rial compozit pe bază de carbură de siliciu, ranforsată cu fibre de carbon. Metoda de producere a materialului compozit implică anumite etape pentru formarea unei piese: întărirea, 9 carbonizarea și impregnarea cu siliciu, înainte de laminare, pachetul cu armătură de fibră de carbon fiind tratat cu o suspensie ce conține particule de carbură de siliciu. Procedeul de 11 obținere este laborios și necesită mult timp.

Dezavantajele esențiale ale utilizării singulare (fără a fi în combinație cu alte mate- 13 riale) a materialelor lubrifiante uscate de top precum WS₂, MoS₂, BAM, C, ca materiale tribologice, sunt: 15

- duritatea materialelor lubrifiante de top este mult mai redusă decât a combinației prezentate în invenție și de aceea sarcinile admise la materialele lubrifiante uscate de top 17 sunt limitate la maximum 300.000 psi;

- coeficientul de frecare al materialelor lubrifiante de top, deși este foarte scăzut, este 19 totuși influențat de condițiile de mediu și, în special, de temperatură și de umiditate.

Există și soluții îmbunătățite, referitoare la aderență, la toate metalele de interes 21 tehnic, precum și la rezistența la oxidare termică, chiar dacă sunt considerate ridicate, așa cum se cunoaște și în cazul acoperirilor în vid cu produsul comerial MoST (MoS₂ + Metal), 23 brevetat de compania TeerCotings Ltd, (vezi brevet GB 2303380, din 19.02.1997, Methods for Deposition of Molybdenum Sulphide), care tratează depunerea de bisulfură de molibden, 25 într-un strat, pe obiectul care urmează să fie tratat printr-un proces, pentru îmbunătățirea proprietăților tribologice. Procedeele utilizate sunt de depunere fizică din vapori (PVD), sau 27 chimic, de depunere de vapori (CVD).

Bisulfură de molibden se aplică la mai multe părți glisante, pentru a îmbunătăți 29 profilurile de rezistență, datorită proprietăților sale superioare de alunecare și de faptul că poate menține un coeficient de frecare redus, chiarîntr-o atmosferă de aer de până la câteva 31 sute de grade Celsius.

Se cunoaște depunerea de bisulfură de molibden pe un strat tare, cum ar fi o nitrură 33 sau o carbonitrură, care au rezistență excelentă la uzură, putând fi produs un strat de acoperire multistrat cu proprietăți excelente de alunecare, care are o rezistență mare la 35 uzură. De asemenea, prin încorporarea unui element de metal în bisulfură de molibden, se îmbunătățește aderența dintre straturi, dar și rezistența la frecare (JP-A-2000-001768). 37

Cu toate acestea, bisulfură de molibden are dezavantajul de a fi o substanță extrem de moale, situație în care, atunci când a format un strat, nu are întotdeauna suficientă 39 aderență cu obiectul de tratat. Din acest motiv, dacă un strat de bisulfură de molibden este aplicat pe o parte glisantă, acoperirea este sensibilă la o utilizare îndelungată. în plus, 41 bisulfură de molibden, de asemenea, are dezavantajul că este extrem de higroscopică, ceea ce determină ca performanța de lubrifiere să se deterioreze. Cererea de brevet japoneză, 43 menționată mai sus, JP-A-2000-001768, descrie unele măsuri împotriva unor astfel de probleme, și anume, că bisulfură de molibden, în cazul în care încorporează un element de 45 metal, se întărește și aderența se va îmbunătăți cu siguranță față de atunci când este într-un singur strat. Cu toate acestea, soluția de încorporare a unui element metalic nu oferă o 47

RO 128094 Β1 puternică aderență, pentru a fi aplicată la o parte care este supusă puternic alunecării, iar în cazul în care raportul dintre elementul de metal este prea mare, proprietățile excelente de lubrifiere a disulfurii de molibden se deteriorează.

De asemenea, pentru mediile de lucru dure/agresive ale cuplelor de frecare (cu umiditate ridicată, temperatură de lucru ridicată, conținut mare de gaze corozive, presiuni scăzute etc.), s-au dezvoltat acoperiri tribologice, multistrat, fără însă a se ține cont de toate cerințele esențiale/de bază ale acoperirilor tribologice, și anume:

- aderență la substrat;

- coeziunea dintre straturi ridicată, pentru a se preveni desprinderea de pe substrat sau alunecarea între straturi;

- duritate;

- tenacitate ridicată a întregului ansamblu, pentru a se permite sarcini de apăsare ridicate ale cuplelor de frecare;

- porozitate redusă;

- stabilitate termică la temperaturi ridicate și rezistență la coroziune, pentru a se preveni oxidarea termică sau corodarea cuplelor de frecare, mai ales la temperaturi ridicate și în prezența gazelor corozive;

- coeficient de frecare cât mai redus, pentru a se preveni încălzirea excesivă și uzura accelerată a cuplelor de frecare.

Problema tehnică, pe care o rezolvă invenția, o constituie stabilirea unei structuri a unui material de acoperire a unui substrat metalic și în prevederea unor elemente tehnice de depunere succesivă, pe suprafața unei piese metalice, a unui strat dur și a unui strat cu proprietăți lubrifiante, astfel încât să se asigure o rezistență, în timp, la solicitări mecanice și la coroziune chimică, a materialului de acoperire depus, și o bună aderență a materialului la substrat și a coeziunii dintre straturi, pentru a se preveni desprinderea de pe substrat sau alunecarea între straturi.

Materialul multistrat cu proprietăți tribologice, conform invenției, rezolvă problema tehnică menționată, prin aceea că, pentru atingerea unei grosimi totale, uzuale, de 0,4...5 pm, ca grosime a acoperirilor clasice cu materiale multistrat cu proprietăți complementar-cumulative, conține patru straturi, cu grosimi individuale ale fiecărui strat: 100 nm < h_t < 1250 nm și o grosime totală de 0,6 pm < H < 5 pm, obținute prin depunere de tip magnetron într-un singur ciclu tehnologic de lucru, fiecare strat fiind alcătuit din:

- un material dur, incompresibil și cu microduritatea Vickers mai mare de 10 GPa sau superdur, superincompresibil și cu microduritatea Vickers mai mare de 40 GPa și care prezintă legătură chimică covalentă, pentru stratul inițial;

- un material cu tenacitate și compresibilitate ridicată, proprietăți ce asigură înmagazinarea energiei la care sunt supuse straturile subțiri, tribologice, pentru stratul al doilea;

- un material cu legătură ionică, cu proprietăți de stabilitate termică și chimică ridicată, pentru stratul al treilea, intermediar;

- un material cu coeficient de frecare cât mai scăzut, în special, material lubrifiant, uscat, cu coeficient de frecare foarte redus, pentru stratul final.

Procedeul de obținere, în vid, a materialulului multistrat cu proprietăți tribologice, conform invenției, constă într-o depunere de tip magnetron, într-un singur ciclu tehnologic de lucru, cu o instalație pentru depuneri de straturi subțiri, în vid, cu patru magnetroane, a celor patru straturi:

- un prim strat, prin pulverizare magnetron standard, din țintă sinterizată de material dur sau superdur, tip BN:

- al doilea strat, prin pulverizare magnetron reactivă, din țintă de material cu tenacitate și compresibilitate ridicată, tip TiC sau TiN;

RO 128094 Β1

- al treilea strat, prin pulverizare magnetron standard, din țintă de material cu legătură 1 ionică și stabilitate ridicată, tip oxid metalic/semimetalic: AI₂O₃ etc.;

- un al patrulea strat, obținut prin pulverizare magnetron standard, din țintă sinterizată 3 de material lubrifiant, solid, tip WS₂.

Avantajele esențiale ale utilizării materialelor cu straturi tribologice, multiple, cu pro- 5 prietăți complementar-cumulative, conform invenției, sunt:

- duritate ridicată, tenacitate mare, rezistență la coroziune și la oxidare termică ridi- 7 cate, coeficient de frecare cât mai redus;

- se utilizează metode nepoluante și eficiente economic, de tip PVD sau IPVD 9 (lonized PVD), ce permit realizarea succesivă de pelicule lipsite de porozitate, cu o bună aderență și cu o compoziție dorită;11

- permite cumularea proprietăților straturilor constituente;

- permite cumularea sinergică a proprietăților straturilor constituente și obținerea de 13 acoperiri tribologice cu calități extrem de ridicate;

- realizarea de acoperiri tribologice cu coeficient de frecare ultrascăzut (CF < 0,05);15

- realizarea de acoperiri tribologice cu un domeniu funcțional foarte larg de temperaturi de lucru: de la -188 până la 1316°C.17

Invenția este prezentată pe larg, în continuare, prin niște exemple de straturi multiple cu proprietăți tribologice și a procedeului de realizare, în legătură și cu fig. 1...3, care 19 reprezintă:

-fig. 1, schema triunghiului legăturilor chimice și a proprietăților complementar-cumula- 21 tive, pentru principalele materiale complexe, cu utilizări în realizarea acoperirilor tribologice;

- fig. 2, schema componentei structurale a multistraturilor tribologice fără structură 23 nanometrică, cu grosimi individuale ale straturilor componente mai mari de 100 nm și grosime uzuală, totală, de 0,4...4 pm, în patru straturi diferite, cu compoziție constantă a fiecărui strat 25 și proprietăți complementar - cumulative;

- fig. 3, schema componentei structurale a multistraturilor tribologice, nanostructurate, 27 din pachete repetitive de câte patru straturi cu proprietăți complementar - cumulative și cu structură nanometrică, cu grosimi ale straturilor componente de 10... 100 nm, sau tip super- 29 lattice, cu grosimi ale straturilor componente de 2...10 nm.

Potrivit invenției, alegerea materialelor cu proprietățile complementar - cumulative, 31 enumerate anterior, pentru realizarea acoperirilor tribologice, multiple, se face din:

- materialele simple (metale sau nemetale) din Tabelul periodic al elementelor (precum 33

Al, Ti, W, Mo, C, Si etc.), pe baza proprietăților fizice și chimice ale acestora;

- materialele complexe, pe baza legăturilor chimice și a proprietăților predominante 35 ale acestora, prezentate schematic și sintetic în fig. 1 (triunghiul legăturilor chimice și al proprietăților complementar-cumulative pentru principalele materiale complexe, cu utilizări în 37 realizarea acoperirilor tribologice).

Alegerea materialelor pentru realizarea acoperirilor tribologice, multiple (simple sau 39 compuse) se face și pe baza proprietăților complementar-cumulative, prezentate anterior, dar ținând cont și de: 41

- condițiile de mediu ale cuplei de frecare: temperatură, umiditate, presiune, prezența gazelor corosive etc.; 43

- sarcina de apăsare a cuplei de frecare;

- prețul de cost al materialului utilizat și al metodei de realizare a acoperirii. 45

Materialul multistrat cu proprietăți tribologice, având proprietăți complementar-cumulative și grosimi totale, uzuale, de 0,4...4 pm (ca grosime a acoperirilor clasice de multistraturi 47 cu proprietăți complementar-cumulative, depuse prin procedee tip PVD/IPVD), poate conține:

RO 128094 Β1

- numai patru straturi cu grosimi individuale mai mari de 100 nm și proprietăți complementar - cumulative (exemplul 1, fig. 2);

- pachete repetitive de câte patru straturi cu proprietăți complementar-cumulative, cu structură nanometrică, ce se repetă succesiv, pentru realizarea grosimii optime (uzual în domeniul 0,4...4 pm), cu grosimi individuale mai mici de 100 nm, sau de tip superlattice (adică cu grosimi individuale mai mici de 10 nm) și cu proprietăți complementar-cumulative, sinergice, exemplul 2, fig. 3.

Pentru materialul cu straturi tribologice, multiple, din patru straturi subțiri fără structură nanometrică, prezentate în fig. 2, ca și pentru straturile tribologice, materialul din pachete de câte patru straturi subțiri cu grosime nanometrică (clasică sau superlattice), prezentate în fig. 3, potrivit invenției, se realizează într-un singur ciclu tehnologic prin depuneri succesive, într-o instalație dotată cu minimum patru surse de pulverizare de tip magnetron, ce utilizează metode tip Physical Vapor Deposition (pulverizare magnetron standard sau de tip reactiv, în radiofrecvență (RF), în curent continuu (cc), sau cc pulsat) sau procedee tip lonised PVD” (pulverizare magnetron în impuls de mare putere sau evaporare în arc catodic filtrat).

Potrivit invenției, alegerea materialelor pentru cele patru straturi ale fiecărui pachet din fig. 3, ce se repetă, sau ale stratului tribologic, multiplu, cu patru straturi, din fig. 2, se face astfel:

- pentru stratul inițial 1, potrivit invenției, se pot utiliza materiale dure (ce sunt incompresibile și au microduritatea Vickers mai mare de 10 GPa) sau superdure (ce sunt superincompresibile și au microduritatea Vickers mai mare de 40 GPa), și care, conform fig. 1, prezintă legătură chimică covalentă.

Un material este considerat dur, dacă rezistă la deformare plastică (redată prin gradul de compresibilitate acceptat al acestuia) și acest lucru este asigurat de legăturile covalente pe distanțe scurte între atomii constituenți.

După cum se știe diamantul este materialul cunoscut cu cea mai mare duritate Vickers (80. ..115 GPa). Din categoria materialelor superdure, posibil de utilizat, mai fac parte carbonitrura de bor cubică: C-BC2N (76 GPa), nitrura de bor cubică: c-BN (45...50 GPa, diborura de magneziu și aluminiu, cunoscută și sub numele de materialul BAM: AIMgBi₄ + TiB₂, (40...46 GPa), carbura de bor: B₄C (30 GPa), precum și nanocompozitele de tipul: nc-MeN/a-Si₃N₄ (Me = Ti, V), nc-TiN/a-BN/a-TiB₂, sau nc-(Ti₁__x Al_x)N/a-Si₃N₄ ce asigură microdurități H > 50 GPa.

Din categoria materialelor dure, posibil de utilizat, fac parte și: tetraborura de wolfram: WB₄ (36...40 GPa), diborura de osmiu: OsB₂ (37 GPa), diborura de titan: - TiB₂ (30...33 GPa), carbura de wolfram: WC (23...30 GPa), diborura de Rheniu: ReB₂ (20...48 Gpa), carburile și nitrurile materialelor tranziționale (TiN, TiC, TiCN etc.), precum și acoperirile multifuncționale, nanostructurate, ce asigură microdurități Vikers: 20 GPa < HV < 35 GPa.

Pentru stratul intermediar 2, cu proprietăți de tenacitate și compresibilitate ridicate, potrivit invenției, se vor utiliza materiale cu tenacitate și compresibilitate ridicate, proprietăți ce asigură înmagazinarea energiei la care sunt supuse straturile subțiri, tribologice.

Un material este considerat tenace dacă, sub acțiunea unei solicitări, se deformează foarte mult, absorbind o mare cantitate de energie, înainte de a se rupe.

Așa cum se prezintă în fig. 1, materialele cu legături metalice precum: TiN, TiC, TiAIN, TiAICN, WC, CrN etc. au tenacitate ridicată și sunt recomandate a fi utilizate.

Ca material cu compresibilitate ridicată și proprietăți lubrifiante foarte bune, care să acumuleze energia la care sunt supuse straturile subțiri, tribologice, este recomandatteflonul (PTFE), dar problemele de aderență scăzută, la aceasta, a următorului strat și de curgere

RO 128094 Β1 sub presiune nu-l recomandă, potrivit invenției, de a fi folosit ca strat intermediar, singular, 1 în straturile subțiri, multiple, ci numai ca material dopant, pentru materialele cu legături metalice. 3

Așadar, potrivit invenției, pentru al doilea strat (stratul 2), cu tenacitate și compresibilitate ridicate, se recomandă utilizarea și a unor materiale noi (ca, de exemplu: TiN + PTFE; 5 hBN + Ti), obținute prin metode clasice de depunere a straturilor subțiri În vid, de tip PVD sau IPVD, folosind: 7

- doparea cu teflon a carburilor, a nitrurilor și a carbonitrurilor metalelor tranziționale (ca, de exemplu: TiN + PTFE; TiCN + PTFE; TiAIN + PTFE);9

- doparea cu un metal a materialelor lubrifiante de top (ca, de exemplu: hBN + Ti;

WS₂ + Ti; WS₂ + W; WS₂ + C etc.).11

Pentru stratul intermediar 3, cu proprietăți de stabilitate termică și chimică ridicate, potrivit invenției, se utilizează materiale cu legătură ionică, care au stabilitate termică și 13 chimică ridicată precum oxizi metalici/semimetalici de tipul: AI₂O₃, ZrO₂, Y₂O₃ etc.

Pentru stratul final 4, cu coeficient de frecare cât mai scăzut, se utilizează materiale15 lubrifiante, uscate, cu coeficient de frecare foarte redus precum: BAM (AIMgB₄ + TiB₂) - cu coeficient de frecare de 0,02; MX₂ (unde M = Mo/W și X= S/Se/Te) precum WS₂ - cu17 coeficient de frecare dinamic de 0,03, sau MoS₂ cu coeficient de frecare dinamic de 0,06; carbon tip diamant de tipul a-C (carbon amorf), a-C:H (carbon amorf hidrogenat); ta-C 19 (carbon amorf tetraedal) sau ta-C:H (carbon amorf hidrogenat, tetraedal), cu coeficient de frecare dinamic de 0,01...0,1/0,5; nitrura de bor-hBN, cu coeficient de frecare dinamic de 21 0,15, sau combinații ale acestor materiale Între ele (WS₂ + C; MoS₂ + C; hBN + WS₂ etc.) sau cu alte materiale. 23

Aderența la substrat ca și aderența Între straturi este asigurată prin utilizarea procedeelor tip PVD, dar mai ales a celor de tip IPVD (care sunt În fapt procedee de placare 25 ionică, datorită gradului ridicat de ionizare a materialului de depunere, de peste 90%), care prin energia ridicată a particulelor În timpul depunerii asigură o foarte bună aderență la 27 substrat, o bună coeziune Între straturi și o porozitate foarte redusă a straturilor.

Pulverizarea de tip magnetron este cea mai potrivită (metoda tip PVD), pentru depu- 29 nerea simultană sau succesivă, În concentrațiile dorite și cu o bună aderență la substrat sau la un strat intermediar, a straturilor subțiri, tribologice, ce fac obiectul invenției. 31

Pulverizarea magnetron cu ionizare (lonised Magnetron Sputtering), recomandată În invenție a fi utilizată la realizarea multistraturilor tribologice, este un procedeu nou de 33 pulverizare magnetron (tip IPVD), ce utilizează, pentru producerea materialului ionizat, un magnetron clasic (Catod de pulverizare Penning) și o sursă de putere În impuls (High Power 35 Impulse Magnetron Sputtering), care, datorită gradului foarte Înalt de ionizare al materialului de depunere (peste 90%) asigură, față de pulverizarea magnetron standard, realizarea de 37 pelicule dense (fără porozitate) și cu aderență Îmbunătățită la substrat.

Evaporarea În arc catodic (Cathodic Arc Evaporation) este un al doilea procedeu tip 39 IPVD, recomandat potrivit invenției, pentru realizarea multistraturilor tribologice, iar evaporarea În arc catodic filtrat (Filtered Catodic Arc Evaporation), este o nouă metodă, careare 41 avantajul, față de evaporarea clasică în arc catodic, că elimină apariția stropilor în timpul depunerii. 43

Aderența la substrat, ca și aderența dintre straturi, conform invenției, se asigură și prin alegerea corespunzătoare a materialelor pentru straturile depuse. Este cunoscut faptul 45 că materialele cu legături metalice au o bună aderență la substraturile metalice, și de aceea, pentru o bună aderență la substrat, se recomandă, pentru stratul inițial, utilizarea materialelor 47 dure cu legătură metalică precum: TiN, TiC, TiCN, TiAIN, TiAINC etc.

RO 128094 Β1

Duritatea și tenacitatea sunt la fel de importante pentru straturile subțiri, tribologice.

Straturi subțiri super dure (cu duritate de la 40 la 115 GPa) au fost raportate în diverse lucrări de specialitate, dar utilizarea cu bune rezultate în practică este încă redusă.

Rezistența la coroziune și la corodare este asigurată atât prin realizarea de pelicule fără porozitate (prin utilizarea metodelor IPVD), dar și prin alegerea materialelor cu legături ionice (ce prezintă o bună stabilitate termică și chimică) precum AI₂O₃, ZrO₂, Y₂O₃ etc.

Materialul tribologic, multistrat, în toate cele trei variante prezentate anterior (fără structură nanometrică, cu structură nanometrică clasică, cu structură superlattice), este obținut printr-o metodă de depunere în vid din faza fizică de vapori (uzual prin metode tip PVD - Physical Vapor Deposition, sau pentru a obține caracteristici de cea mai bună calitate, prin metode tip IPVD - lonized Physical Vapor Deposition).

Așa cum rezultă de mai sus, pentru realizarea straturilor subțiri, multiple, cu proprietăți tribologice, se pot utiliza o multitudine de combinații de materiale (simple sau compuse), de structuri de straturi (grosimi de straturi intermediare, număr de pachete de câte patru straturi repetitive) și de metode de depunere a straturilor subțiri în vid.

Din multitudinea de combinații posibile de: materiale utilizabile (TiN + AI₂O₃ + C + WS₂, TiAIN + BN + AI₂O₃ + WS₂ etc.), procedee de depunere a straturilor subțiri în vid (tip PVD sau IPVD) și structuri de straturi multiple (cu patru straturi cu grosimi individuale h_t > 100 nm, multiplu de pachete de câte patru straturi cu grosimi individuale: 10 nm < h_t < 100 nm, multiplu de pachete de câte patru straturi cu grosimi individuale 2 nm < h_t< 10 nm), se dau mai jos trei exemple semnificative de realizare a materialelor multistrat cu proprietăți tribologice, realizate prin Pulverizare Magnetron Standard/Reactivă și folosind, în toate cele trei cazuri, aceleași patru materiale cu proprietăți complementar - cumulative:

A. Material multistrat, tribologic, multiplu, din patru straturi succesive, cu grosimi individuale ale fiecărui strat: 100 nm < h_t < 1250 nm și grosime totală: 0,6 pm< H_t< 5 pm, (fig. 2), care este obținut prin depunere de tip magnetron (standard sau reactiv) într-un singur ciclu tehnologic de lucru, cu o instalație pentru depuneri de straturi subțiri în vid, prevăzută cu patru magnetroane:

- stratul 1: strat dur din c-BN cu HV = 45...50 GPa și grosime de 150...1250 nm, obținut prin pulverizare magnetron standard, din țintă sinterizată de BN;

- stratul 2: strat tenace din TiCN, cu HV = 38...32 GPa și grosime de 150...1250 nm, obținut prin pulverizare magnetron reactivă, din țintă de TiC sau TiN;

- stratul 3: strat rezistent la temperatură și coroziune, din AI₂O₃, cu grosime de

150...1250 nm, obținut prin pulverizare magnetron standard, din țintă de AI₂O₃;

- stratul 4: strat lubrifiant, uscat, din WS₂, cu CF = 0,05 și grosime de 150...1250 nm, obținut prin pulverizare magnetron standard, din țintă sinterizată de WS₂, comercială.

B. Material multistrat, tribologic, multiplu, nanostructurat, cu grosime totală de 0,4...2 pm, fig. 3, care este realizat din cinci pachete repetitive, de câte patru straturi, adică din 20 de straturi succesive cu grosimi individuale de 20...100 nm, și obținut prin depunere de tip magnetron (standard sau reactivă), într-un singur ciclu tehnologic de lucru, cu o instalație pentru depuneri de straturi subțiri, în vid, prevăzută cu patru magnetroane, după cum urmează:

Pachetul 1

- stratul 1: strat dur, din c-BN, cu HV = 45...50 GPa și grosime de 20... 100 nm, obținut prin pulverizare magnetron standard, din țintă sinterizată de BN;

- stratul 2: strat tenace, din TiCN, cu HV = 38...32 GPa și grosime de 20...100 nm, obținut prin pulverizare magnetron reactivă, din țintă de TiN sau TiC;

RO 128094 Β1

- stratul 3: strat rezistent la temperatură și coroziune, din AI₂O₃, cu grosime de 1

20...100 nm, obținut prin pulverizare magnetron standard, din țintă de AI₂O₃;

- stratul 4: strat lubrifiant, uscat, din WS₂, cu CF = 0,05 și grosime de 20...100 nm, 3 obținut prin pulverizare magnetron standard, din țintă sinterizată de WS₂.

Pachetul 25

- stratul 5: strat dur, din c-BN, cu HV = 45...50 GPa și grosime de 20... 100 nm, obținut prin pulverizare magnetron standard, din țintă sinterizată de BN;7

- stratul 6: strat tenace, din TiCN, cu HV = 38...32 GPa și grosime de 20...100 nm, obținut prin pulverizare magnetron reactivă, din țintă de TiN sau TiC;9

- stratul 7: strat rezistent la temperatură și coroziune, din AI₂O₃, cu grosime de

20...100 nm, obținut prin pulverizare magnetron standard, din țintă de AI₂O₃;11

- stratul 8: strat lubrifiant, uscat, din WS₂, cu CF = 0,05 și grosime de 20...100 nm, obținut prin pulverizare magnetron standard, din țintă sinterizată de WS₂.13

Pachetul 3

- stratul 9: strat dur, din c-BN, cu HV = 45...50 GPa și grosime de 20... 100 nm, obținut 15 prin pulverizare magnetron standard, din țintă sinterizată de BN;

- stratul 10: strat tenace, din TiCN, cu HV = 38...32 GPa și grosime de 20...100 nm, 17 obținut prin pulverizare magnetron reactivă, din țintă de TiN sau TiC;

- stratul 11: strat rezistent la temperatură și coroziune, din AI₂O₃, cu grosime de 19

- stratul 12: strat lubrifiant, uscat, din WS₂, cu CF = 0,05 și grosime de 20...100 nm, 21 obținut prin pulverizare magnetron standard, din țintă sinterizată de WS₂.

Pachetul 423

- stratul 13: strat dur, din c-BN, cu HV = 45...50 GPa și grosime de 20...100 nm, obținut prin pulverizare magnetron standard, din țintă sinterizată de BN;25

- stratul 14: strat tenace, din TiCN, cu HV = 38...32 GPa și grosime de 20...100 nm, obținut prin pulverizare magnetron reactivă, din țintă de TiN sau TiC;27

- stratul 15: strat rezistent la temperatură și coroziune, din AI₂O₃, cu grosime de

20...100 nm, obținut prin pulverizare magnetron standard, din țintă de ĂI₂O₃;29

- stratul 16: strat lubrifiant, uscat, din WS₂, cu CF = 0,05 și grosime de 20...100 nm, obținut prin pulverizare magnetron standard, din țintă sinterizată de WS₂.31

Pachetul 5

- stratul 17: strat dur, din c-BN, cu HV = 45...50 GPa și grosime de 20...100 nm, 33 obținut prin pulverizare magnetron standard, din țintă sinterizată de BN;

- stratul 18: strat tenace, din TiCN, cu HV = 38...32 GPa și grosime de 20...100 nm, 35 obținut prin pulverizarea magnetron reactivă, din țintă de TiN sau TiC;

- stratul 19: strat rezistent la temperatură și coroziune, din AI₂O₃, cu grosime de 37

- stratul 20: strat lubrifiant, uscat, din WS₂, cu CF = 0,05 și grosime de 20...100 nm, 39 obținut prin pulverizare magnetron standard, din țintă sinterizată de WS₂, disponibilă comercial. 41

C. Strat tribologic, multiplu, nanostructurat, cu structură superlattice și proprietăți sinergice, cu grosime totală de 0,5...1 pm, în exemplul 3 de realizare, care este realizat din 43 25 pachete repetitive de câte patru straturi, adică din 100 de straturi succesive cu grosimi individuale de 5...10 nm și este obținut prin depunere de tip magnetron (standard 45 sau reactivă) într-un singur ciclu tehnologic de lucru, cu o instalație pentru depuneri de straturi subțiri, în vid, prevăzută cu patru magnetroane, după cum urmează: 47

RO 128094 Β1

Pachetul 1

- stratul 1: strat dur, din c-BN, cu HV = 45...50 GPa și grosime de 5...10 nm, obținut prin pulverizare magnetron standard, din țintă sinterizată de BN;

- stratul 2: strat tenace, din TiCN, cu HV = 38...32 GPa și grosime de 5...10 nm, obținut prin pulverizare magnetron reactivă, din țintă de TiN sau TiC;

5...10 nm, obținut prin pulverizare magnetron standard, din țintă de AI₂O₃;

- stratul 4: strat lubrifiant, uscat, din WS₂, cu CF = 0,05 și grosime de 5...10 nm, obținut prin pulverizare magnetron standard, din țintă sinterizată de WS₂.

Pachetul 2

- stratul 5: strat dur, din c-BN, cu HV = 45...50 GPa și grosime de 5...10 nm, obținut prin pulverizare magnetron standard, din țintă sinterizată de BN;

- stratul 6: strat tenace, din TiCN, cu HV = 38...32 GPa și grosime de 5...10 nm, obținut prin pulverizare magnetron reactivă, din țintă de TiN sau TiC;

- stratul 8: strat lubrifiant, uscat, din WS₂, cu CF = 0,05 și grosime de 5...10 nm, obținut prin pulverizare magnetron standard, din țintă sinterizată de WS₂.

Pachetul 3

- stratul 9: strat dur, din c-BN, cu HV = 45...50 GPa și grosime de 5...10 nm, obținut prin pulverizare magnetron standard, din țintă sinterizată de BN;

- stratul 10: strat tenace, din TiCN, cu HV = 38...32 GPa și grosime de 5...10 nm, obținut prin pulverizare magnetron reactivă, din țintă de TiN sau TiC;

- stratul 11: strat rezistent la temperatură și coroziune, din AI₂O₃ , cu grosime de

- stratul 12: strat lubrifiant, uscat, din WS₂, cu CF = 0,05 și grosime de 5...10 nm, obținut prin pulverizare magnetron standard, din țintă sinterizată de WS₂.

Pachetul 4

- stratul 13: strat dur, din c-BN, cu HV = 45...50 GPa și grosime de 5...10 nm, obținut prin pulverizare magnetron standard, din țintă sinterizată de BN;

- stratul 14: strat tenace, din TiCN, cu HV = 38...32 GPa și grosime de 5...10 nm, obținut prin pulverizare magnetron reactivă, din țintă de TiN sau TiC;

- stratul 16: strat lubrifiant, uscat, din WS₂, cu CF = 0,05 și grosime de 5...10 nm, obținut prin pulverizare magnetron standard, din țintă sinterizată de WS₂.

Pachetul 5

- stratul 17: strat dur, din c-BN, cu HV ~ 45...50 GPa și grosime de 5...10 nm, obținut prin pulverizare magnetron standard, din țintă sinterizată de BN;

- stratul 18: strat tenace, din TiCN, cu HV = 38...32 GPa și grosime de 5...10 nm, obținut prin pulverizare magnetron reactivă, din țintă de TiN sau TiC;

- stratul 19: strat rezistent la temperatură și coroziune, din AI₂O₃, cu grosime de

- stratul 20: strat lubrifiant, uscat, din WS₂, cu CF = 0,05 și grosime de 5...10 nm, obținut prin pulverizare magnetron standard, din țintă sinterizată de WS₂.

Pachetul 6

- stratul 21: strat dur, din c-BN, cu HV = 45...50 GPa și grosime de 5...10 nm, obținut prin pulverizare magnetron standard, din țintă sinterizată de BN;

RO 128094 Β1

- stratul 22: strat tenace, din TiCN, cu HV = 38...32 GPa și grosime de 5...10 nm, 1 obținut prin pulverizare magnetron reactivă, din țintă de TiN sau TiC;

- stratul 23: strat rezistent la temperatură și coroziune, din ĂI₂O₃, cu grosime de 3

- stratul 24: strat lubrifiant, uscat, din WS₂ cu CF = 0,05 și grosime de 5...10 nm, 5 obținut prin pulverizare magnetron standard, din țintă sinterizată de WS₂.

Pachetul 77

- stratul 25: strat dur, din c-BN, cu HV = 45...50 GPa și grosime de 5...10 nm, obținut prin pulverizare magnetron standard, din țintă sinterizată de BN;9

- stratul 26: strat tenace, din TiCN, cu HV = 38...32 GPa și grosime de 5...10 nm, obținut prin pulverizare magnetron reactivă, din țintă de TiN sau TiC;11

- stratul 27: strat rezistent la temperatură și coroziune, din AI₂O₃, cu grosime de

5...10 nm, obținut prin pulverizare magnetron standard, din țintă de AI₂O₃;13

- stratul 28: strat lubrifiant, uscat, din WS₂, cu CF = 0,05 și grosime de 5...10 nm, obținut prin pulverizare magnetron standard, din țintă sinterizată de WS₂.15

Pachetul 8

- stratul 29: strat dur, din c-BN, cu HV = 45...50 GPa și grosime de 5...10 nm, obținut 17 prin pulverizare magnetron standard, din țintă sinterizată de BN;

- stratul 30: strat tenace, din TiCN, cu HV = 38...32 GPa și grosime de 5...10 nm, 19 obținut prin pulverizare magnetron reactivă, din țintă de TiN sau TiC;

- stratul 31: strat rezistent la temperatură și coroziune, din AI₂O₃, cu grosime de 21

- stratul 32: strat lubrifiant, uscat, din WS₂ cu CF = 0,05 și grosime de 5...10 nm, 23 obținut prin pulverizare magnetron standard, din țintă sinterizată de WS₂.

Pachetul 925

- stratul 33: strat dur, din c-BN, cu HV = 45...50 GPa și grosime de 5...10 nm, obținut prin pulverizare magnetron standard, din țintă sinterizată de BN;27

- stratul 34: strat tenace, din TiCN, cu HV = 38...32 GPa și grosime de 5...10 nm, obținut prin pulverizare magnetron reactivă, din țintă de TiN sau TiC;29

- stratul 35: strat rezistent la temperatură și coroziune, din AI₂O₃, cu grosime de

5...10 nm, obținut prin pulverizare magnetron standard, din țintă de AI₂O₃;31

- stratul 36: strat lubrifiant, uscat, din WS₂, cu CF=0,05 și grosime de 5...10 nm, obținut prin pulverizare magnetron standard, din țintă sinterizată de WS₂.33

Pachetul 10

-stratul 37: strat dur, din c-BN, cu HV = 45...50 GPa și grosime de 5...10 nm, obținut 35 prin pulverizare magnetron standard, din țintă sinterizată de BN;

- stratul 38: strat tenace, din TiCN, cu HV = 38...32 GPa și grosime de 5...10 nm, 37 obținut prin pulverizare magnetron reactivă, din țintă de TiN sau TiC;

- stratul 39: strat rezistent la temperatură și coroziune, din AI₂O₃, cu grosime de 39

- stratul 40: strat lubrifiant, uscat, din WS₂, cu CF=0,05 și grosime de 5...10 nm, 41 obținut prin pulverizare magnetron standard, din țintă sinterizată de WS₂.

Pachetul 1143

- stratul 41: strat dur, din c-BN, cu HV = 45...50 GPa și grosime de 5...10 nm, obținut prin pulverizare magnetron standard, din țintă sinterizată de BN;45

- stratul 42: strat tenace, din TiCN, cu HV = 38...32 GPa și grosime de 5...10 nm, obținut prin pulverizare magnetron reactivă, din țintă de TiN sau TiC;47

RO 128094 Β1

- stratul 43: strat rezistent la temperatură și coroziune, din AI₂O₃, cu grosime de

5...10 nm, obținut prin pulverizare magnetron standard, din ținta de AI₂O₃;

- stratul 44: strat lubrifiant, uscat, din WS₂, cu CF = 0,05 și grosime de 5...10 nm, obținut prin pulverizare magnetron standard, din ținta sinterizată de WS₂.

Pachetul 12

- stratul 45: strat dur, din c-BN, cu HV = 45...50 GPa și grosime de 5...10 nm, obținut prin pulverizare magnetron standard, din ținta sinterizată;

- stratul 46: strat tenace, din TiCN, cu HV = 38...32 GPa și grosime de 5...10 nm, obținut prin pulverizare magnetron reactivă, din ținta de TiN sau TiC;

- stratul 47: strat rezistent la temperatură și coroziune, din AI₂O₃, cu grosime de

- stratul 48: strat lubrifiant, uscat, din WS₂, cu CF = 0,05 și grosime de 5...10 nm, obținut prin pulverizare magnetron standard, din ținta sinterizată de WS₂.

Pachetul 13

- stratul 49: strat dur, din c-BN cu HV = 45...50 GPa și grosime de 5...10 nm, obținut prin pulverizare magnetron standard, din ținta sinterizată de BN;

- stratul 50: strat tenace, din TiCN, cu HV = 38...32 GPa și grosime de 5...10 nm, obținut prin pulverizarea magnetron reactivă, din ținta de TiN sau TiC;

- stratul 51: strat rezistent la temperatură și coroziune, din AI₂O₃, cu grosime de

- stratul 52: strat lubrifiant, uscat, din WS₂ cu CF = 0,05 și grosime de 5...10 nm, obținut prin pulverizare magnetron standard, din ținta sinterizată de WS₂.

Pachetul 14

- stratul 53: strat dur, din c-BN, cu HV = 45...50 GPa și grosime de 5...10 nm, obținut prin pulverizare magnetron standard, din ținta sinterizată de BN;

- stratul 54: strat tenace, din TiCN, cu HV = 38...32 GPa și grosime de 5...10 nm, obținut prin pulverizarea magnetron reactivă, din ținta de TiN sau TiC;

- stratul 55: strat rezistent la temperatură și coroziune, din AI₂O₃, cu grosime de

- stratul 56: strat lubrifiant, uscat, din WS₂, cu CF=0,05 și grosime de 5...10 nm, obținut prin pulverizare magnetron standard, din ținta sinterizată de WS₂.

Pachetul 15

- stratul 57: strat dur, din c-BN, cu HV = 45...50 GPa și grosime de 5...10 nm, obținut prin pulverizare magnetron standard, din ținta sinterizată de BN;

- stratul 58: strat tenace, din TiCN, cu HV = 38...32 GPa și grosime de 5...10 nm, obținut prin pulverizare magnetron reactivă, din ținta de TiN sau TiC;

- stratul 59: strat rezistent la temperatură și coroziune, din AI₂O₃, cu grosime de

- stratul 60: strat lubrifiant, uscat, din WS₂, cu CF=0,05 și grosime de 5...10 nm, obținut prin pulverizare magnetron standard, din ținta sinterizată de WS₂.

Pachetul 16

- stratul 61: strat dur, din c-BN, cu HV = 45...50 GPa și grosime de 5...10 nm, obținut prin pulverizare magnetron standard, din ținta sinterizată de BN;

- stratul 62: strat tenace, din TiCN, cu HV = 38...32 GPa și grosime de 5...10 nm, obținut prin pulverizarea magnetron reactivă, din ținta de TiN sau TiC;

- stratul 63: strat rezistent la temperatură și coroziune, din AI₂O₃, cu grosime de

RO 128094 Β1

- stratul 64: strat lubrifiant, uscat, din WS₂, cu CF= 0,05 și grosime de 5...10 nm, 1 obținut prin pulverizare magnetron standard, din ținta sinterizată de WS₂.

Pachetul 173

- stratul 65: strat dur, din c-BN, cu HV = 45...50 GPa și grosime de 5...10 nm, obținut prin pulverizare magnetron standard, din ținta sinterizată de BN;5

- stratul 66: strat tenace, din TiCN, cu HV = 38...32 GPa și grosime de 5...10 nm, obținut prin pulverizare magnetron reactivă din ținta de TiN sau TiC;7

- stratul 67: strat rezistent la temperatură și coroziune, din AI₂O₃, cu grosime de

5...10 nm, obținut prin pulverizare magnetron standard, din ținta de AI₂O₃;9

- stratul 68: strat lubrifiant, uscat, din WS₂, cu CF = 0,05 și grosime de 5...10 nm, obținut prin pulverizare magnetron standard, din ținta sinterizată de WS₂.11

Pachetul 18

- stratul 69: strat dur, din c-BN, cu HV = 45...50 GPa și grosime de 5...10 nm, obținut 13 prin pulverizare magnetron standard, din ținta sinterizată de BN;

- stratul 70: strat tenace, din TiCN, cu HV = 38...32 GPa și grosime de 5...10 nm, 15 obținut prin pulverizare magnetron reactivă, din ținta de TiN sau TiC;

- stratul 71: strat rezistent la temperatură și coroziune, din AI₂O₃, cu grosime de 17

- stratul 72: strat lubrifiant, uscat, din WS₂, cu CF = 0,05 și grosime de 5...10 nm, 19 obținut prin pulverizare magnetron standard, din ținta sinterizată de WS₂.

Pachetul 1921

- stratul 73: strat dur, din c-BN, cu HV = 45...50 GPa și grosime de 5...10 nm, obținut prin pulverizare magnetron standard, din ținta sinterizată de BN;23

- stratul 74: strat tenace, din TiCN, cu HV = 38...32 GPa și grosime de 5...10 nm, obținut prin pulverizarea magnetron reactivă, din ținta de TiN sau TiC;25

- stratul 75: strat rezistent la temperatură și coroziune, din AI₂O₃, cu grosime de

5...10 nm, obținut prin pulverizare magnetron standard, din ținta de AI₂O₃;27

- stratul 76: strat lubrifiant, uscat, din WS₂, cu CF = 0,05 și grosime de 5...10 nm, obținut prin pulverizare magnetron standard, din ținta sinterizată de WS₂.29

Pachetul 20

-stratul 77: strat dur, din c-BN, cu HV = 45...50 GPa și grosime de 5...10 nm, obținut 31 prin pulverizare magnetron standard, din ținta sinterizată de BN;

- stratul 78: strat tenace, din TiCN, cu HV = 38...32 GPa și grosime de 5...10 nm, 33 obținut prin pulverizarea magnetron reactivă, din ținta de TiN sau TiC;

- stratul 79: strat rezistent la temperatură și coroziune, din AI₂O₃, cu grosime de 35

- stratul 80: strat lubrifiant, uscat, din WS₂, cu CF = 0,05 și grosime de 5...10 nm, 37 obținut prin pulverizare magnetron standard, din ținta sinterizată de WS₂.

Pachetul 2139

- stratul 81: strat dur, din c-BN, cu HV = 45...50 GPa și grosime de 5...10 nm, obținut prin pulverizare magnetron standard, din ținta sinterizată de BN;41

- stratul 82: strat tenace, din TiCN, cu HV = 38...32 GPa și grosime de 5...10 nm, obținut prin pulverizare magnetron reactivă, din ținta de TiN sau TiC;43

- stratul 83: strat rezistent la temperatură și coroziune, din AI₂O₃, cu grosime de

5...10 nm, obținut prin pulverizare magnetron standard, din ținta de AI₂O₃;45

- stratul 84: strat lubrifiant, uscat, din WS₂, cu CF = 0,05 și grosime de 5...10 nm, obținut prin pulverizare magnetron standard, din ținta sinterizată de WS₂.47

RO 128094 Β1

Pachetul 22

- stratul 85: strat dur, din c-BN, cu HV = 45...50 GPa și grosime de 5...10 nm, obținut prin pulverizare magnetron standard, din ținta sinterizată de BN;

- stratul 86: strat tenace, din TiCN, cu HV = 38...32 GPa și grosime de 5...10 nm, obținut prin pulverizarea magnetron reactivă, din ținta de TiN sau TiC;

- stratul 87: strat rezistent la temperatură și coroziune, din AI₂O₃, cu grosime de

- stratul 88: strat lubrifiant, uscat, din WS₂, cu CF = 0,05 și grosime de 5...10 nm, obținut prin pulverizare magnetron standard, din ținta sinterizată de WS₂.

Pachetul 23

- stratul 89: strat dur, din c-BN, cu HV = 45...50 GPa și grosime de 5...10 nm, obținut prin pulverizare magnetron standard, din ținta sinterizată de BN;

- stratul 90: strat tenace, din TiCN, cu HV = 38...32 GPa și grosime de 5...10 nm, obținut prin pulverizarea magnetron reactivă, din ținta de TiN sau TiC;

- stratul 91: strat rezistent la temperatură și coroziune, din AI₂O₃, cu grosime de

- stratul 92: strat lubrifiant, uscat, din WS₂ cu CF = 0,05 și grosime de 5...10 nm, obținut prin pulverizare magnetron standard, din ținta sinterizată de WS₂.

Pachetul 24

- stratul 93: strat dur, din c-BN, cu HV = 45...50 GPa și grosime de 5...10 nm, obținut prin pulverizare magnetron standard, din ținta sinterizată de BN;

- stratul 94: strat tenace, din TiCN, cu HV = 38...32 GPa și grosime de 5...10 nm, obținut prin pulverizare magnetron reactivă, din ținta de TiN sau TiC;

- stratul 95: strat rezistent la temperatură și coroziune, din AI₂O₃, cu grosime de

- stratul 96: strat lubrifiant, uscat, din WS₂, cu CF = 0,05 și grosime de 5...10 nm, obținut prin pulverizare magnetron standard, din ținta sinterizată de WS₂.

Pachetul 25

- stratul 97: strat dur, din c-BN, cu HV = 45...50 GPa și grosime de 5...10 nm, obținut prin pulverizare magnetron standard, din ținta sinterizată de BN;

- stratul 98: strat tenace, din TiCN, cu HV = 38...32 GPa și grosime de 5...10 nm, obținut prin pulverizare magnetron reactivă, din ținta de TiN sau TiC;

- stratul 99: strat rezistent la temperatură și coroziune, din AI₂O₃, cu grosime de

- stratul 100: strat lubrifiant, uscat, din WS₂, cu CF = 0,05 și grosime de 5...10 nm, obținut prin pulverizare magnetron standard, din ținta sinterizată de WS₂.

Ordinea primelor trei straturi (1,2 și 3) ale pachetului de patru straturi pentru acoperirile tribologice fără structură nanometrică, respectiv, ale pachetelor repetitive de patru straturi, pentru acoperirile nanostructurate, poate fi modificată, fără efecte semnificative asupra proprietăților tribologice ale întregului ansamblu, dacă se asigură, prin efectul de sinergie cumulativ al proprietăților straturilor componente și prin procedeele de tip PVD sau IPVD utilizate, cele patru cerințe de bază, esențiale, ale acoperirilor tribologice, prezentate anterior.

Claims

Revendicări 1

1. Material multistrat de acoperire, cu proprietăți tribologice, cuprinzând minimum un 3 strat dintr-un material cu stabilitate chimică și termică ridicată, tip oxid metalic sau semimetalic, un strat din material dur, tip nitrură metalică și un strat lubrifiant, caracterizat prin 5 aceea că este format din minimum un pachet de patru straturi cu grosimi individuale ale fiecărui strat de 100...1250 nm și grosime totală de 0,2...5 pm, obținute prin depunere de tipul 7 în câmp magnetron, într-un singur ciclu tehnologic de lucru, și care sunt alcătuite din:

- un material dur, incompresibil și cu microduritatea Vickers mai mare de 10 GPa, sau 9 superdur, superincompresibil și cu microduritatea Vickers mai mare de 40 GPa, și care prezintă legătura chimică covalentă, tip BN, pentru primul strat (1);11

- un material cu tenacitate și cu compresibilitate ridicate, tip TiC/TiN +PTFE, pentru al doilea strat (2);13

- un material cu legătură ionică, cu proprietăți de stabilitate termică și chimică ridicate, tip oxid metalic sau semimetalic, pentru al treilea strat (3) intermediar;15

- un material cu coeficient de frecare scăzut, în special, material lubrifiant, uscat, cu coeficient de frecare foarte redus, tip WS₂, MoS₂, pentru al patrulea strat (4).17
2. Material multistrat, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că materialul stratului inițial (1) al unui pachet de straturi este de tip superdur, și anume: diamantul, 19 carbonitrura de bor cubică: c-BC₂N, nitrura de bor cubică: c-BN, diborura de magneziu și aluminiu: AIMgBi₄-TiB₂, carbura de bor: B₄C sau un nanocompozit de tipul: MeN/a-Si₃N₄(Me 21 = Ti, V), nc-TiN/a-BN/a-TiB₂ sau nc-(Ti₁._xAl_x)N/a-Si₃N₄.
3. Material multistrat, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că materialul 23 stratului inițial (1) al unui pachet de straturi este de tip dur, și anume: tetraborura de wolfram:

WB₄, diborura de osmiu: OsB₂, diborura de titan: TiB₂, carbura de wolfram: WC, diborura de 25 rheniu: ReB₂, o carbură, o nitrură sau o carbonitrură a unui material tranzițional: TiN, TiC, ZrN, ZrC, TiCN, ZrCN, sau o acoperire multifuncțională, nanostructurată, ce asigură microdurități 27 Vikers: 20 GPa < HV < 35 GPa.
4. Material multistrat, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că materialul 29 stratului (2) unui pachet de straturi este un material cu legături metalice, și anume: TiN, TiC, TiAIN, TiAICN, WC, CrN, ZrN sau ZrC. 31
5. Material multistrat, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că materialul stratului intermediar (3) al unui pachet de straturi este de tipul unui oxid metalic sau semi- 33 metalic, și anume: oxid de aluminiu - AI₂O₃, de zirconiu - ZrO₂ sau oxid de ytriu - Y₂O₃.
6. Material multistrat, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că materialul 35 stratului (4) unui pachet de straturi este de tipul unui material lubrifiant, uscat, și anume: borura de magneziu și aluminiu, depusă împreună cu diborura de titan (AIMgB₁₄ + TiB₂), un 37 compus al unui metal tranzițional din grupa a 6-a a Tabelului periodic al elementelor (Mo/W) cu un material din grupa a 16-a a Tabelului periodic, cu formula generală: MX₂ (M = Mo/W 39 și X= S/Se/Te), bisulfura de molibden sau de wolfram (MoS₂/WS₂), grafitul sau carbonul de tip diamant, de tipul carbon amorf, carbonul amorf hidrogenat, carbonul amorf tetradedal, 41 carbonul amorf hidrogenat și tetraedal, sau o carbură sau o nitrură a unui metal tranzițional precum: TiN, TiCN, TiAIN, CrN. 43
7. Material multistrat, conform uneia dintre revendicările de la 1 la 6, caracterizat prin aceea că este realizat din cinci pachete repetitive, nanostructurate, de câte patru stra- 45 turi (1...4) cu grosime totală de 0,4...2 pm, cele 20 de straturi succesive, având grosimi individuale de 20...100 nm, fiind obținute prin depunere de tip în câmp magnetron. 47

RO 128094 Β1
8. Material conform uneia dintre revendicările de la 1 la 6, caracterizat prin aceea că este realizat cu structura superlattice, din 25 pachete nanostructurate, repetitive, de câte patru straturi, cu grosime totală de 0,5...1 pm, cele 100 de straturi succesive având grosimi individuale de 5...10 nm, fiind obținute prin depunere de tip în câmp magnetron, într-un singur ciclu tehnologic de lucru.
9. Procedeu de obținere a unui material multistrat de acoperire, cu proprietăți tribologice, conform revendicării 1, prin depunere, în vid, a unor straturi succesive, incluzând minimum un strat din material dur precum nitrura de bor, și restul acoperirii cuprinzând: oxid metalic/semimetalic, o nitrură metalică tip TiN sau/și o sulfură tip MoS₂/WS₂, caracterizat prin aceea că depunerea menționată este de tipul în câmp magnetron și este realizată într-un singur ciclu tehnologic de lucru, cu o instalație prevăzută cu patru magnetroane, pentru depunerea, în vid, a minimum unui ansamblu de patru straturi subțiri, și anume:

- un strat (1) de material dur precum nitrura de bor (BN), depus prin pulverizare magnetron standard, din țintă sinterizată;

- un strat (2) de material tenace precum TiC/TiN + PTFE, depus prin pulverizarea magnetron reactivă;

- un strat (3) de material cu stabilitate chimică și termică ridicată precum AI₂O₃, depus prin pulverizare magnetron standard;

- un strat (4) de material lubrifiant precum WS₂, MoS₂, depus prin pulverizare magnetron standard, din țintă sinterizată.
10. Procedeu conform revendicării 9, caracterizat prin aceea că este realizat, prin depunere simultană, din patru ținte de pulverizare, a straturilor subțiri (1...4), în mod ciclic, repetitiv, până la realizarea unui ansamblu tip multiplu de pachete de câte patru straturi subțiri (1...4) cu grosimi individuale 10 nm < h_t < 100 nm, sau multiplu de pachete de câte patru straturi subțiri (1...4) cu grosimi individuale 2 nm < h_t < 10 nm.