Лазерный мир

Беликов А.И., Петров В.В., Ивченко Е.А., Гункин Е.А. И // Современные наукоемкие технологии. – 2018. – № 8. – С. 27-32;
Одной из актуальных проблем, влияющих на такие важные характеристики машин и оборудования, как ресурс, надежность и энергоэффективность, являются снижение трения и износа контактирующих поверхностей пар трения деталей машин и повышение стойкости обрабатывающего инструмента.

С развитием новых типов защитных покрытий все больше требований предъявляется к высокому уровню прочностных и антифрикционных свойств разрабатываемых перспективных материалов. Это влечет необходимость разработки новых, все более эффективных покрытий, в основе создания которых лежат представления о контактном взаимодействии композита «основа – покрытие» в контакте сопряжений с учетом действия окружающей среды [1, 2].

Рис. 2. Схема топологии дискретного покрытия

В этом направлении перспективным представляется вариант объединения дискретных единичных участков износостойкого покрытия и фрагментов твердосмазочного покрытия (рис. 1). Благодаря эффекту от объединения модифицированного поверхностного слоя и свойств нескольких материалов получается композиция с характеристиками, которые не могут быть достигнуты при применении каждого типа структуры в отдельности [9].

Рис. 1. Структура дискретного антифрикционного композитного покрытия: DДЭ и hДЭ – размер и толщина дискретного элемента износостойкого покрытия, l – расстояние между дискретными элементами, hТСП – толщина твердосмазочного покрытия

Целью работы явилось проведение сравнительных испытаний и исследование влияния размерной обработки тонких пленок на трибологические свойства комбинированного покрытия на основе TiAlN и MoS2.

Формирование слоев композитных покрытий

Был разработан план экспериментальных исследований, на основании которого были подготовлены образцы с дискретными покрытиями с последующим нанесением на дискретную поверхность твердосмазочного покрытия.

Для отработки технологии в качестве подложек под образцы в исследованиях использовались пластинки из стали 08X18H10T размером 70х70 мм и толщиной 1,5 мм.

Износостойкое покрытие TiAlN формировалось методом магнетронного распыления прессованной мишени TiAl в атмосфере N2, а твердосмазочное покрытие – прессованной мишени MoS2 в атмосфере рабочего газа Ar на вакуумной технологической установке кафедры «Электронные технологии в машиностроении» МГТУ им. Н.Э. Баумана. Рабочая камера установки откачивалась до остаточного давления 10-3 Па, нанесение покрытий осуществлялось при давлении аргона 10-1 Па. Предварительно, перед нанесением покрытий, поверхность образцов обрабатывалась с помощью автономного источника ионов с холодным катодом типа «Радикал».

Формирование дискретных элементов покрытий

Из всего многообразия способов формирования единичных участков дискретного покрытия был выбран метод размерной обработки покрытия путем воздействия лазерного излучения малой мощности. Ранее в работе [11] были отработаны режимы лазерной гравировки поверхности. В качестве оборудования использовалась установка лазерной гравировки «LDesigner F2», оснащенная импульсным иттербиевым волоконным лазером, с режимами: λ = 1,06 мкм; P = 4 Вт; f = 20 кГц; кол-во проходов N = 2; скорость гравировки V = 600 мм/с. В результате после размерной лазерной обработки покрытия TiAlN было получено дискретное покрытие (рис. 3)

Рис. 3. Дискретное износостойкое покрытие TiAlN, hTiAlN = 0,8 мкм, на подложке из стали 08X18H10T

В соответствии с планом эксперимента были подготовлены образцы с различными вариантами покрытий:

1. Отдельные сплошные покрытия TiAlN и MoS2 с толщинами, используемыми в композитных покрытиях.

2. Дискретное покрытие TiAlN.

3. Дискретные композитные покрытия TiAlN (дискретное) + MoS2 с различной топологией дискретных элементов слоя TiAlN.

Полное содержание статьи: http://www.top-technologies.ru/ru/article/view?id=37114