Прошлая статья была посвящена алмазоподобному углеродному покрытию и углеродным нанотрубкам. Рекомендую ознакомиться с ней здесь.
В ней указано, каким образом можно улучшить трибологические свойства материалов и более подробно описаны такие методы осаждения, как термическое напыление и электроосаждение.
- 3. Физическое осаждение паров - это метод осаждения, при котором на материал подложки механически бомбардируются ионы, выбрасываемые из материала мишени. Этот метод обычно используется для осаждения тонкопленочных материалов. Но он характеризуется низкой скоростью осаждения, при этом высокой стоимостью и используется для нанесения покрытий на сложные материалы.
Термическое испарение PVD подразумевает нагрев металла покрытия до точки испарения с помощью источника тепла сопротивления, высокоэнергетической дуги или электронного пучка. В случае металла с относительно низкой температурой плавления, для нагрева тигля может быть использован источник сопротивления. Этот метод не допускает испарения металлов с высокой температурой плавления, таких как молибден и вольфрам. Испарение тугоплавких металлов может быть достигнуто путем нагрева с помощью интенсивного пучка электронов.
- 4. Химическое осаждение паров - это метод осаждения, при котором плазменная дуга генерируется из источника питания. Он используется для равномерного осаждения на сложные формы, но имеет определенные ограничения по химическому составу. Он, также, имеет низкую скорость осаждения и высокую стоимость и обычно используется для нанесения покрытия на тонкую пленку.
В отличие от большинства физических методов осаждения, химическое осаждение паром CVD больше подходит для нанесения равномерного покрытия на сложную геометрическую заготовку. На элементарном уровне, химическое осаждение паром использует химические реакции газа-предшественника в нагретой камере, содержащей заготовку. Продукты этой химической реакции осаждаются тонкими слоями на поверхности подложки, а побочные продукты высасываются из системы. Этот метод используется для осаждения TiO2 на имплантаты, обработанные титаном.
Механизмы осаждения
Использование осаждения часто применяется для улучшения механических, оптических, тепловых и трибологических свойств материалов. Во-первых, должен быть внедрен правильный подход для повышения механических, фрикционных и износостойких свойств материала субтрата при нормальных условиях испытаний. Для получения хорошей межфазной связи между пленкой и материалом подложки при осаждении необходимо использовать стандартную металлографическую процедуру.
Первоначально, в соответствии со стандартами, материал подложки вырезается и шлифуется наждачной бумагой для удаления шероховатости поверхности. Затем, материал подложки полируется алмазной пастой и очищается спиртом, этанолом или ацетоном дерева. Затем, после очистки материала субстрата, на него при рабочей температуре наносятся аддитивные пленки (ионы Si, Ti, TiN, Cu), чтобы увеличить силу сцепления между материалом субстрата и пленкой. При этом, во время процесса осаждения, непрерывно подается Ag или N2, чтобы удалить и предотвратить загрязнение поверхности. Уже после этого, пленка в виде алмазоподобного углерода или углеродных нанотрубок осаждается на подложку с помощью подходящих методов нанесения покрытия.
Трение и износ являются интересными вопросами не только для исследователей, но и для промышленников. Они имеют огромное значение в таких отраслях промышленности, как производство поршневых колец, шарикоподшипников и стеклоочистителей.
Алмазоподобные углероды имеют хорошие противоизносные свойства, хорошие анизотропные свойства с высокой теплопроводностью, адгезионную прочность, особенно при нанесении на материал подложки на основе стали, а также при использовании технологии химического напыления и напыления магнетронов. Такие углероды наиболее часто используются для получения покрытия с контролируемыми и индивидуальными свойствами. Коэффициент трения и износа субстрата с таким покрытием значительно ниже, чем у соответствующих непокрытых материалов, поскольку он выравнивает и предотвращает взаимодействие между контрповерхностью и субстратом за счет диффузии углерода и вязкоупругих свойств.
Таким образом, покрытие алмазоподобными углеродами, наряду с хорошей системой управления и оптимальными экспериментальными условиями, может способствовать увеличению срока службы поршневого кольца и снижению трения и износа между поршневыми цилиндрами.
Несмотря на то, что было достигнуто всестороннее понимание трибологических систем, все же есть несколько моментов, которые необходимо исследовать для получения более точной информации. На сегодняшний день, есть много моментов, которые требуют рассмотрения для улучшения системы:
- правильный выбор материала подложки и материала покрытия для снижения трения и износа;
- выбор технологии осаждения исходя из параметров процесса, включая скорость осаждения, ток дуги, изменение температуры, используемые добавки, процесс обработки поверхности;
- развитие системы для оценки механических свойств, трения и износа;
- разработка системы для контроля условий эксплуатации, таких как прилагаемая нагрузка, скорость скольжения, расстояние, время и т.д.