RU2674795C1 - Многослойное износостойкое покрытие на стальной подложке - Google Patents
Многослойное износостойкое покрытие на стальной подложке Download PDFInfo
- Publication number
- RU2674795C1 RU2674795C1 RU2017135738A RU2017135738A RU2674795C1 RU 2674795 C1 RU2674795 C1 RU 2674795C1 RU 2017135738 A RU2017135738 A RU 2017135738A RU 2017135738 A RU2017135738 A RU 2017135738A RU 2674795 C1 RU2674795 C1 RU 2674795C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layer
- coating
- carbon
- layers
- wear
- Prior art date
Links
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 78
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 46
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 9
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 6
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 34
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 28
- MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N trimethyl(1,1,2,2,2-pentafluoroethyl)silane Chemical compound C[Si](C)(C)C(F)(F)C(F)(F)F MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 229910003481 amorphous carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 4
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005555 metalworking Methods 0.000 abstract description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 81
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 12
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 11
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 9
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 8
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 8
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 6
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 6
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 6
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 5
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 3
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 3
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 3
- QYEXBYZXHDUPRC-UHFFFAOYSA-N B#[Ti]#B Chemical compound B#[Ti]#B QYEXBYZXHDUPRC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910033181 TiB2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001315 Tool steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000016507 interphase Effects 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 208000020442 loss of weight Diseases 0.000 description 2
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 2
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical class [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 2
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 2
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012981 Hank's balanced salt solution Substances 0.000 description 1
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002052 molecular layer Substances 0.000 description 1
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
- C23C28/04—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
- C23C14/14—Metallic material, boron or silicon
- C23C14/16—Metallic material, boron or silicon on metallic substrates or on substrates of boron or silicon
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
Abstract
Изобретение относится к износостойким многослойным покрытиям с алмазоподобным углеродом и может быть использовано в металлообработке, машиностроении, медицине, химической промышленности для повышения эксплуатационных характеристик изделий функционально различного назначения. Многослойное износостойкое покрытие на стальной подложке включает слой, содержащий карбид титана, и слой из алмазоподобного углерода. Упомянутое покрытие выполнено толщиной 200-2500 нм с чередованием упомянутых двух слоев в количестве от 10 до 100. Толщина каждого слоя составляет 20-25 нм, а слой, содержащий карбид титана, выполнен в виде нанокомпозита из карбида титана и аморфного углерода с общим содержанием углерода 25-60 мас.%. Обеспечивается повышение износостойкости покрытия. 2 табл., 1пр.
Description
Изобретение относится к износостойким многослойным покрытиям с алмазоподобным углеродом и может быть использовано в металлообработке, машиностроении, медицине и т.д. для повышения эксплуатационных свойств поверхности изделий различного функционального назначения.
В современном машиностроении широко применяет инструмент и детали механических систем, на рабочую поверхность которых нанесены наноструктурные покрытия [В. Пашенцев. Вакуумное ионно-плазменное нанесение наноструктурных покрытий, Наноиндустрия, 2010, №5]. Нанесение защитных покрытий на обрабатывающие инструменты и детали машин значительно увеличивает их срок службы.
В течение последних лет интенсивно развиваются технологии осаждения нанокомпозитных покрытий, включающих аморфную матрицу и кристаллические включения карбидов, нитридов, карбонитридов переходных металлов [U. Jansson and Е. Lewin, Sputter deposition of transition-metal carbide films - a critical review from a chemical perspective, Thin Solid Films 536 (2013) 1].
Однако, несмотря на имеющийся прогресс в технологии осаждения монослойных нанокомпозитных покрытий, современные тенденции инженерии поверхности связаны с созданием многослойных покрытий, состоящих из слоев с разными физико-механическими свойствами, включая нанокомпозитные [W.Q. Bai et all. Corrosion and tribocorrosion performance of M (M=Ta, Ti) doped amorphous carbon multilayers in Hank's solution, Surf. Coat. Technol. 305 (2016) 11. W.Q. Bai et al. Effects of Ti content on microstructure, mechanical and tribological properties of Ti-doped amorphous carbon multilayer films, Surf. Coat. Technol. 266 (2015) 70-78]. Такие покрытия, обладая высокой твердостью, износостойкостью, являются технологически перспективными материалами для применения в трибологии. Уникальные механические свойства таких покрытий могут быть получены комбинаций слоев и фаз в нанокомпозите. Границы раздела отклоняют или препятствуют распространению трещины и уменьшают концентрацию напряжений. Механические свойства многослойных покрытий могут превосходить свойства отдельно взятых слоев, из которых они сформированы.
Однако, износостойкость таких покрытий определяется не только свойствами отдельно взятых слоев, но и количеством границ раздела в покрытии и адгезией между слоями. Например, отсутствие межзеренных границ в слоях, и плохая адгезия между структурообразующими слоями в покрытии приводят к их разрушению в результате распространения трещин и расслоения, что снижает их износостойкость и препятствует их широкому промышленному применению.
Таким образом, повышение износостойкости покрытий путем осаждения многослойных покрытий с хорошей межслоевой адгезией и системой границ, включающей границы раздела между слоями и межфазные или межзеренные границы в слоях, является технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение.
Известно защитное износостойкое покрытие (патент РФ 2026412), содержащее слои аморфного углерода с алмазным типом связи между атомами чередующиеся со слоями композиционного материала толщиной (0,1-0,2) мкм, состоящего из (60-90) % аморфного углерода с алмазным типом связи между атомами и (10-40) % карбида металла. При этом на рабочую поверхность детали наносится слой карбидообразующего металла. Наружным слоем является слой аморфного углерода. Толщина слоя аморфного углерода с алмазным типом связи между атомами составляет (0,5-1,0) мкм, толщина слоя карбидообразующего металла - (0,1-0,3) мкм, а суммарная толщина покрытия составляет (2,0-5,0) мкм.
Однако, предложенное покрытие не решает техническую задачу повышения износостойкости многослойных покрытий путем достижения хорошей межслоевой адгезии и создания системы границ. При суммарной толщине повторяющихся двух слоев (0,6-1,2) мкм количество слоев в покрытии толщиной (2,0-5,0) мкм варьируется от 3 до 16, что недостаточно для предотвращения развития пластической деформации и распространения трещин в покрытии. Помимо этого, можно отметить и проблему внутренних напряжений в алмазоподобных покрытиях. В покрытии в слое аморфного углерода с алмазным типом связи толщиной (0,5-1,0) мкм накапливаются большие внутренние напряжения, приводящие к их растрескиванию. Кроме того, большие внутренние напряжения не способствуют хорошей адгезии между слоем аморфного углерода с алмазным типом связи и слоем из композиционного материала.
Известно многослойное покрытие для режущего инструмента (Патент РФ 2478731), нанесенное методом физического осаждения из паровой фазы. Многослойное покрытие содержит промежуточный слой, служащий диффузионным барьером между режущим инструментом и износоустойчивым покрытием, и износоустойчивое покрытие. Промежуточный слой состоит из нитридов металлов из ряда: Al, Ti, Zr, Si. Износоустойчивое покрытие состоит из первого слоя, расположенного на промежуточном слое и состоящего из диборида титана или окислов циркония, или алюминия, второго адгезионного наноразмерного слоя, состоящего из Ti или Zr, и поверхностного слоя, состоящего из чередующихся нанослоев сверхтвердого аморфного углерода и нанослоев металла из ряда: Ti, Zr, Cr, W. Внешний нанослой поверхностного слоя состоит из сверхтвердого аморфного углерода.
Однако, предложенное покрытие не решает техническую задачу повышения износостойкости покрытий за счет создания системы границ, включающей границы между слоями и границы в слоях. В примерах заявленного изобретения приводятся покрытия, состоящие из семи слоев. При этом износоустойчивые слои (диборид титана, окись циркония) являются однофазными, следовательно, не содержат межфазные или межзеренные границы. Для создания многослойного покрытия используется несколько мишеней, в частности, мишени из циркония, что усложняет технологию нанесения покрытий, приводит к их удорожанию, и, соответственно, препятствует их широкому промышленному применению.
Известен композиционный материал для многослойных покрытий (патент РФ 2254398). Материал содержит внутренний титаносодержащий слой и внешний углеродосодержащий слой. Внутренний слой выполнен из титана или нитрида титана, а углеродосодержащий слой - из углеродосодержащего вещества с алмазоподобной и графитоподобной модификацией с содержанием 5-20 масс. % графитовой фазы. Толщина титаносодержащего и углеродосодержащего слоев составляет 0,01-0,2 мкм при их повторяемости от 1 до 8, а соотношение титана и углерода в материале равно 1.
Однако, предложенный материал для покрытий не решает техническую задачу повышения износостойкости покрытий за счет создания системы границ, включающей границы раздела между слоями и межзеренные или межфазные границы в слоях. Материал не содержит композитные слои с несколькими структурными составляющими, что исключает наличие границ в слоях.
Наиболее близким к заявляемому покрытию является двухслойное износостойкое покрытие режущего инструмента [патент РФ 2527829]. Двухслойное износостойкое покрытие состоит из слоя аморфного алмазоподобного углерода толщиной 0,3-0,5 мкм, твердостью 70-100 ГПа, осажденного импульсно-дуговым распылением графитовой мишени, и слоя, содержащего карбид титана с твердостью 25-40 ГПа, и имеющего следующий химический состав: углерод - 30-45 ат. %, остальное титан. Выполнение слоя из карбида титана толщиной 1,0-1,5 мкм и твердостью 25-40 ГПа обеспечивает хорошую адгезию слоя из твердого аморфного алмазоподобного углерода, а наличие слоя из твердого аморфного алмазоподобного углерода, с твердостью 70-100 ГПа и толщиной 0,3-0,5 мкм увеличивает износостойкость покрытия. Высокая термическая стабильность покрытия при высоких скоростях резания и износостойкость обеспечивают повышение рабочего ресурса режущею инструмента.
Однако, предложенное двухслойное покрытие не решает техническую задачу повышения износостойкости покрытий путем достижения хорошей межслоевой адгезии и создания системы границ, включающей границы раздела между слоями и межзеренные границы в слоях. Покрытие из двух слоев имеет только одну межслоевую границу раздела, что недостаточно для торможения пластической деформации и продвижения трещин в покрытии. В этом покрытии в слое аморфного алмазоподобного углерода толщиной (0,3-0,5) мкм накапливаются большие внутренние напряжения, приводящие к их хрупкости и разрушению путем растрескивания. Кроме того, большие внутренние напряжения не способствуют хорошей адгезии между слоем аморфного алмазоподобного углерода и слоем, содержащем карбид титана. Следует также отметить, что в слое с карбидом титана при содержании углерода 30-45 ат. % (или менее 20 масс. %) между кристаллитами TiC не образуется углеродная прослойка, что снижает объемную долю границ между разными фазами, которые, наряду с границами раздела между слоями, тормозят развитие трещин. Отсутствие аморфного углерода в слое, содержащем карбид титана, снижает также адгезию между слоями.
Техническая задача повышения износостойкости покрытий решается путем осаждения многослойных покрытий с хорошей межслоевой адгезией и системой границ, включающей границы раздела между слоями и межфазные или межзеренные границы в слоях.
Для решения технической задачи многослойное износостойкое покрытие на стальной подложке, включающее слой, содержащий карбид титана, и слой из алмазоподобного углерода, согласно изобретению, выполнено толщиной 200-2500 нм с чередованием упомянутых слоев, в количестве от 10 до 100, при этом толщина каждого слоя составляет 20-25 нм, а слой, содержащий карбид титана, выполнен в виде нанокомпозита из карбида титана и аморфного углерода с общим содержанием углерода 25-60 масс. %.
Заявляемое покрытие содержит 10-100 слоев, что существенно повышает количество границ раздела между слоями, которые тормозят распространение трещин в покрытии, повышая тем самым его износостойкость. Использование слоя, содержащего карбид титана, в виде нанокомпозита с содержанием углерода (25-60) масс. %, дает преимущества заявляемому покрытию. При содержании углерода более 25 масс. % в фазовую структуру слоя входят аморфный углерод и частицы карбида титана. В такой структуре формируется интерфейсная компонента, служащая границами между разными фазами. Таким образом, в покрытии формируется двухуровневая система границ, включающая границы между слоями и границы в композитном слое. Наличие аморфного углерода в композитном слое также способствует хорошей межслоевой адгезии. При осаждении на композитный слой слоя алмазоподобного углерода (или наоборот) происходит когезионное сцепление между одинаковыми фазами (углеродными) и адгезионное сцепление между разными фазами (углеродной и карбидом титана). Когезионное сцепление улучшает прочность межслоевой адгезии. А в контактных зонах разных фаз образуются границы. Таким образом, заявляемое многослойное покрытие содержит систему границ, в которую входят границы в композитных слоях и межслоевые границы, при этом достигается хорошая межслоевая адгезия. Пример.
Осаждение покрытий проводили на установке УВНИПА-1-001 с возможностью в одном вакуумном цикле проводить ионную очистку поверхности, распылять металлические или композитные мишени дуговым способом и графитовые мишени импульсным дуговым способом. В качестве подложек для осаждения покрытий использовали пластины из нержавеющей стали 12Х18Н10Т и инструментальной стали Р6М5. Поверхность пластин предварительно очищали в дистиллированной воде и спирте в ультразвуковой ванне. Ионную очистку проводили в рабочей камере установки: E(Ar+)=4 кэВ, Р=4,2×10-2 Па, t=30 мин. Покрытия получали последовательным осаждением композитного (TiC/C) и алмазоподобного углеродного (а-С) слоев. а-С слои осаждали импульсно дуговым распылением графитовой мишени, (TiC/C) слои -совместным распылением титановой и графитовой мишеней. Титановую мишень распыляли дуговым способом при постоянном токе дугового источника, а графитовую - импульсно-дуговым при частоте прохождения импульсов f=10, 15 и 25 Гц. Перед осаждением покрытий на подложку наносили адгезионный подслой Ti-C толщиной 0,1-0,2 мкм с переменной концентрацией углерода от 0 до 100%. Толщина каждого слоя составляла 20-25 нм. Данные по покрытиям представлены в Таблице 1.
Твердость и критическую нагрузку образования трещин в покрытиях определяли методом наноиндентирования на установке Nano Test 600.
Многопроходный тест на фрикционное изнашивание проводили с использованием алмазного шарика диаметром 50 мкм при нагрузке Р=300 мН. Скорость скольжения индентора по покрытию - 1 мкм с-1, длина прохода индентора (царапины) - 100 мкм. Количественно износ оценивали по удельному коэффициенту износа k=V/PL,
где V - объем изношенного покрытия (царапины),
Р - нагрузка,
L - длина царапины.
Для испытаний на абразивную стойкость использовали покрытия, осажденные на подложки из стали Р6М5. Тестирование проводили в струе частиц карбида кремния SiC размером 120-150 мкм, при скорости 20 м/с и угле атаки 90°. Относительный износ рассчитывали из соотношения I/I0=(Δm/mп+1)-1, где
I, I0 - износ материала покрытия и подложки соответственно,
Δm - разность между потерей веса подложки и потерей веса образца с полностью изношенным покрытием при одной и той же дозе абразива,
mп - вес изношенного покрытия.
Данные приведены в Таблице 2.
Как видно из таблицы 2 все покрытия показали высокую износостойкость. Фрикционный износ покрытий меньше износа стали 12Х18Н10Т в 6-25 раз. Стойкость покрытий в потоке твердых частиц выше стойкости инструментальной стали в 1,6-2,6 раза. Наибольшая фрикционная стойкость присуща покрытию №1, для которого характерно большое объемное содержание твердых частиц карбида титана в композитном слое (90%, расчетные данные). Покрытие №3 наиболее стойкое под воздействием ускоренного потока твердых частиц. Это покрытие отличается высокой трещиностойкостью и большой объемной долей границ между разными фазами (15%, расчетные данные). Устойчивость покрытий к разным видам внешних воздействий (фрикционному и эрозионному) дает им преимущества с точки зрения их применения для повышения износостойкости деталей, работающих в сложных условиях эксплуатации.
Claims (1)
- Многослойное износостойкое покрытие на стальной подложке, включающее слой, содержащий карбид титана, и слой из алмазоподобного углерода, отличающееся тем, что оно выполнено толщиной 200-2500 нм с чередованием упомянутых двух слоев в количестве от 10 до 100, при этом толщина каждого слоя составляет 20-25 нм, а слой, содержащий карбид титана, выполнен в виде нанокомпозита из карбида титана и аморфного углерода с общим содержанием углерода 25-60 мас.%.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017135738A RU2674795C1 (ru) | 2017-10-05 | 2017-10-05 | Многослойное износостойкое покрытие на стальной подложке |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017135738A RU2674795C1 (ru) | 2017-10-05 | 2017-10-05 | Многослойное износостойкое покрытие на стальной подложке |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2674795C1 true RU2674795C1 (ru) | 2018-12-13 |
Family
ID=64753152
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017135738A RU2674795C1 (ru) | 2017-10-05 | 2017-10-05 | Многослойное износостойкое покрытие на стальной подложке |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2674795C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2759163C1 (ru) * | 2020-08-21 | 2021-11-09 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики металлов имени М.Н. Михеева Уральского отделения Российской академии наук (ИФМ УрО РАН) | Многослойное износостойкое покрытие на стальной подложке |
| RU227727U1 (ru) * | 2023-05-30 | 2024-07-31 | Михаил Леонидович Куклинов | Метчик с многослойным износостойким покрытием, содержащим слои аморфного алмазоподобного углерода |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2026412C1 (ru) * | 1991-11-05 | 1995-01-09 | Инженерный центр "Плазмотег" АН Беларуси | Защитное износостойкое покрытие рабочей поверхности измерительных инструментов |
| WO1995031584A1 (en) * | 1994-05-12 | 1995-11-23 | Qqc, Inc. | Surface treatment techniques |
| US20140178637A1 (en) * | 2012-12-21 | 2014-06-26 | Exxonmobil Research And Engineering Company | Low friction coatings with improved abrasion and wear properties and methods of making |
| RU2527829C1 (ru) * | 2013-04-09 | 2014-09-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт физики металлов Уральского отделения Российской академии наук (ИФМ УрО РАН) | Двухслойное износостойкое покрытие режущего инструмента |
-
2017
- 2017-10-05 RU RU2017135738A patent/RU2674795C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2026412C1 (ru) * | 1991-11-05 | 1995-01-09 | Инженерный центр "Плазмотег" АН Беларуси | Защитное износостойкое покрытие рабочей поверхности измерительных инструментов |
| WO1995031584A1 (en) * | 1994-05-12 | 1995-11-23 | Qqc, Inc. | Surface treatment techniques |
| US20140178637A1 (en) * | 2012-12-21 | 2014-06-26 | Exxonmobil Research And Engineering Company | Low friction coatings with improved abrasion and wear properties and methods of making |
| RU2527829C1 (ru) * | 2013-04-09 | 2014-09-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт физики металлов Уральского отделения Российской академии наук (ИФМ УрО РАН) | Двухслойное износостойкое покрытие режущего инструмента |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2759163C1 (ru) * | 2020-08-21 | 2021-11-09 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики металлов имени М.Н. Михеева Уральского отделения Российской академии наук (ИФМ УрО РАН) | Многослойное износостойкое покрытие на стальной подложке |
| RU227727U1 (ru) * | 2023-05-30 | 2024-07-31 | Михаил Леонидович Куклинов | Метчик с многослойным износостойким покрытием, содержащим слои аморфного алмазоподобного углерода |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1657323B1 (en) | Sliding member with excellent wear resistance in water-based environments | |
| Shuai et al. | Comparative study on crack resistance of TiAlN monolithic and Ti/TiAlN multilayer coatings | |
| CN107636190B (zh) | 具有多层电弧pvd涂层的刀具 | |
| JP5714879B2 (ja) | 多層被覆切削工具 | |
| CN100506527C (zh) | 金属碳化物/类金刚石(MeC/DLC)纳米多层膜材料及其制备方法 | |
| CN104002516B (zh) | 一种具有高硬度和低摩擦系数的CrAlN/MoS2多层涂层及其制备方法 | |
| Gu et al. | Improvement of solid particle erosion and corrosion resistance using TiAlSiN/Cr multilayer coatings | |
| JP2009167512A (ja) | 摺動部品用ダイヤモンドライクカーボン皮膜およびその製造方法 | |
| CN111183269B (zh) | 具有耐蚀滑动面的涂覆阀门部件 | |
| Grigoriev et al. | Investigation of the properties of the Cr, Mo-(Cr, Mo, Zr, Nb) N-(Cr, Mo, Zr, Nb, Al) N multilayer composite multicomponent coating with nanostructured wear-resistant layer | |
| EP1914331A3 (en) | Coated cutting tool | |
| CN111218638B (zh) | 一种球阀硬密封面耐磨蚀复合防护涂层及其制备方法 | |
| JP2010099735A (ja) | 塑性加工用被覆金型 | |
| EP1918422A3 (en) | Coated cutting tool | |
| Li et al. | Tribological behaviors of CrN/Cr3C2-NiCr duplex coating at elevated temperatures | |
| Deng et al. | Wear mechanisms of PVD ZrN coated tools in machining | |
| CN106702338B (zh) | 一种TiSiNiN纳米复合涂层及其制备方法 | |
| Zhang et al. | The anti-sand erosion performance of TiN films fabricated by filtered cathodic vacuum arc technique at different nitrogen flow rates | |
| RU2674795C1 (ru) | Многослойное износостойкое покрытие на стальной подложке | |
| CN1776024A (zh) | 切削锯钻工具的表面使用的硬质复合纳米陶瓷薄膜的涂层 | |
| US20100296883A1 (en) | Cutting Tool Coated with a Diamond-Like Carbon Multilayer | |
| CN110106478B (zh) | 一种抗冲蚀涂层及其制备方法与应用、工程材料 | |
| Kumar et al. | Characterization of multilayer pvd nanocoatings deposited on tungsten carbide cutting tools | |
| CN104878359B (zh) | 高硬度和高耐磨性TiAlN/ZrSiN纳米结构保护性涂层及其制备方法 | |
| Guu et al. | The tribological characteristics of titanium nitride coatings. Part II. Comparisons of two deposition processes |