ТОМСК, 21 ноября. /ТАСС/. Новую градиентную микроархитектуру алмазных покрытий, которые уменьшают риск поломки режущего инструмента под нагрузкой, разработали ученые Томского политехнического университета (ТПУ). Новый подход в будущем позволит создавать более долговечные инструменты и механизмы для работы в жестких условиях эксплуатации, сообщили ТАСС в пресс-службе Минобрнауки РФ.
В министерстве отметили, что обработка высокоабразивных материалов, например, армированных композитов, графитов различной плотности, алюмокремниевых сплавов, требует от режущего инструмента высокой твердости и износостойкости. Для этого инструмент часто покрывают алмазными пленками - они придают оборудованию высокую твердость и прочность, а также термостойкость. Однако, однослойные покрытия, как микро-, так и нанокристаллические, имеют ряд ограничений, снижающих их эксплуатационную надежность.
"Ученые Томского политеха предложили новый метод осаждения алмазных покрытий с плавным градиентным переходом от микро- к нанокристаллической микроструктуре без явных границ слоев. Такая конфигурация покрытия снижает концентрацию внутренних напряжений и препятствует появлению крупных трещин, которые приводят к быстрому износу покрытий и, как следствие, поломке инструмента", - сказано в сообщении.
По словам ученых, градиентная архитектура комбинирует преимущества разных структур в одном покрытии: твердость и сопротивление износу обеспечивается за счет микрокристаллической структуры (MCD), а гладкость и повышение трещиностойкости дает нанокристаллическая структура (NCD).
"Особый интерес здесь заключается именно в "стыках" между MCD и NCD. Мы провели исследование и выяснили, что плавность перехода влияет на адгезию к подложке, износостойкость и трение. В сравнении с другими покрытиями градиентная структура позволяет снизить риск образования локальных дефектов и разрушения покрытий режущего инструмента под нагрузкой", - сказал один из авторов исследования, младший научный сотрудник научно-производственной лаборатории "Импульсно-пучковых, электроразрядных и плазменных технологий" ТПУ Александр Митулинский.
Он добавил, что новая структура показала наибольшую эффективность в сравнении с существующими конфигурациями. Она сочетает в себе низкую шероховатость, высокую износостойкость и адгезионную прочность, а плавный микроструктурный переход между слоями снижает остаточные напряжения и препятствует распространению трещин в покрытии.
Исследование поддержано грантом Российского научного фонда. Результаты работы опубликованы в журнале Ceramics International (Q1, IF: 5,6).