В течение многих лет исследователи и промышленники озабочены оптимизацией и улучшением трибологических свойств. Трибологический процесс – это износ, который возникает при соприкосновении двух поверхностей, когда обе или одна из них движутся относительно друг друга. Трибологические исследования показывают, что даже 15-20% снижение износа и трения может значительно снизить экономические затраты.
Существует несколько трибологических систем, которые могут обеспечить сверхнизкий коэффициент трения, высокую износостойкость и высокие механические свойства. Применение покрытий является одним из наиболее распространенных способов адаптации поверхности, износостойкости, адгезии и усталостной прочности материала без изменения объемных свойств субстрата.
Самые распространенные методы трибологии для нанесения покрытий:
- термическое напыление,
- физическое осаждение паров PVD,
- химическое осаждение паров CVD,
- ионно-лучевое напыление,
- радиочастотно-магнетронное напыление,
- электроосаждение.
Успешное нанесение покрытий открывает новые возможности, а также поощряет исследователей к внедрению новых покрытий, обладающих отличными электрическими, механическими, термическими, фрикционными и износостойкими свойствами.
В настоящее время, для создания покрытий с отличной износостойкостью, коррозионной стойкостью, высокой теплопроводностью и демпфирующей способностью, исследователи работают с различными материалами:
- алмазоподобным углеродом DLC,
- углеродными нанотрубками CNTs,
- графитообразным углеродом.
Аморфное углеродное покрытие показало отличную адгезию и фрикционную стойкость с возможностью потенциального применения для безмасляной обработки листового металла.
В последние годы были проведены многочисленные исследования, направленные на повышение износостойкости углеродных покрытий. Несмотря на наличие большого количества методов для исследования физико-механических характеристик покрытий DLC/CNTs, стандартных методик расчета трибологических свойств покрытий все еще не существует.
Для проверки трибологического поведения DLC/CNTs, используются трибометры под давлением окружающей среды с соответствующей температурой и относительной влажностью.
Было установлено, что скорость скольжения, прилагаемая нагрузка, расстояние скольжения и температура являются наиболее важными параметрами, которые влияют как на трение, так и на износостойкость. Поэтому для оптимизации и улучшения характеристик трения и износа необходимо использовать оптимальные условия испытаний.
Значение коэффициента трения DLC является наименьшим при наличии на подложке углеродосодержащего слоя.
Какие существуют перспективы применения методов осаждения материалов для улучшения трибологических свойств?
Методы осаждения
Обычно используются следующие методы осаждения:
- термическое напыление,
- электроосаждение,
- физическое осаждение паров
- химическое осаждение паров.
В этой части я подробнее разберу первые два вида осаждения, а вот о последних двух поговорим в следующей статье.
- 1. Термическое напыление
Это метод напыления, при котором порошковый металл распыляется на материал подложки. Термическое напыление имеет высокую норму осаждения и используется для нанесения толстого покрытия при сохранении низкой стоимости. У этого метода широкий спектр покрытий материала, например, керамика, пластик, композит, металл и сплав и температура. Качество осаждения можно оценить, определив его твердость, пористость, прочность связи, содержание оксидов и шероховатость поверхности. Процессы термического напыления в основном подразделяются на сжигание топлива, плазменный и холодный виды напыления.
Технология комбинированного распыления - это высокоскоростное распыление окси-топлива детонационным пистолетом. Аналогичным образом, процессы плазменного напыления разделяются на плазменный перенос электродуговой дуги, радиочастотное индуктивно-связанное напыление и дуговое напыление постоянным током с надувом.
- 2. Электроосаждение
Это метод осаждения, при котором тонкое адгезивное покрытие может быть нанесено на материал подложки с помощью процесса электролиза. Процесс электроосаждения характеризуется высокой скоростью осаждения, возможностью нанесения покрытий на сложные материалы и контролируемым нанопористым покрытием.
Способность контролировать микроструктуру и наноструктуру покрытия, а также морфологию и минерализацию по различным параметрам, таким как потенциал/ток осаждения, состав ванны, температура и время осаждения, сделали электроосаждение популярным методом получения покрытий. Но и у этого метода есть некоторые недостатки. Параметры процесса должны быть оптимизированы для каждой детали, если мы хотим получить одинаковую толщину. Также, есть экологические проблемы - выброс кислот, щелочей и цианидов.
Продолжение читайте здесь