Study of the Structure and Mechanisms of Wear of Solid-Lubricant Coatings of the TiN–Pb System

A. A. Lozovan; Лозован А. А.; S. Ya. Betsofen; Бецофен С. Я.; S. V. Savushkina; Савушкина С. В.; M. A. Lyakhovetsky; Ляховецкий М. А.; L. N. Lesnevsky; Лесневский Л. Н.; I. A. Nikolaev; Николаев И. А.; Yu. S. Pavlov; Павлов Ю. С.; E. P. Kubatina; Кубатина Е. П.; L. E. Agureev; Агуреев Л. Е.

doi:10.31857/S1028096023080095

Исследование структуры и механизмов изнашивания твердых смазочных покрытий системы TiN–Pb

Авторы: Лозован А.А.¹, Бецофен С.Я.¹, Савушкина С.В.¹, Ляховецкий М.А.¹, Лесневский Л.Н.¹, Николаев И.А.¹, Павлов Ю.С.¹, Кубатина Е.П.¹, Агуреев Л.Е.²
Учреждения:
1. Московский авиационный институт (Национальный исследовательский университет)
2. АО ГНЦ “Центр Келдыша”
Выпуск: № 8 (2023)
Страницы: 64-73
Раздел: Статьи
URL: https://journals.rcsi.science/1028-0960/article/view/137799
DOI: https://doi.org/10.31857/S1028096023080095
EDN: https://elibrary.ru/OAUCTC
ID: 137799

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Получены композитные твердые смазочные покрытия TiN–Pb толщиной ~2 мкм методом одновременного распыления Ti- и Pb-катодов двух раздельных магнетронов на титановом сплаве ВТ6. Содержание Pb в покрытии в среднем составляет ~12 ат. %. Внутренний слой покрытия характеризуется равномерным распределением Pb, а верхний – наличием островков с повышенным содержанием Pb. Морфология поверхности покрытия глобулярная, преимущественно содержит кристаллиты нанометрового размера. Отсутствие столбчатой структуры в покрытиях связано с высоким содержанием Pb, который не растворяется в TiN матрице и прерывает рост кристаллитов. Рентгенофазовый анализ показал наличие в покрытиях фаз Pb, PbO и TiN, дифракционные линии которых уширены, что свидетельствует о размере кристаллитов покрытия ~10–20 нм. Трибологические испытания покрытия TiN–Pb проводили в условиях малоамплитудного трения – фреттинг-износа в широком диапазоне изменения параметров нагружения. В режиме полного скольжения коэффициент трения составил ~0.25. При переходе из режима полного скольжения в режим возвратно-поступательного скольжения энергия, рассеиваемая при трении, падает более чем в три раза, что отражается и в резком снижении коэффициента трения с 0.25 до 0.05.

Ключевые слова

твердое смазочное покрытие, магнетронное распыление, поверхности, структура, текстура, фазы, нитрид титана, свинец, фреттинг, износ.

Список литературы

Патент на изобретение 2 416 675 (РФ) Способ формирования композитных твердосмазочных покрытий на рабочих поверхностях узлов трения / Лесневский Л.Н., Тюрин В.Н., Ушаков А.М. Московский авиационный институт. 2011. 7 с.
Aouadi S.M., Luster B., Kohli P., Muratore C., Voevodin A.A. // Surf. Coat. Technol. 2009. V. 204. № 6. P. 962. https://www.doi.org/10.1016/j.surfcoat.2009.04.010
Aouadi S.M., Gao H., Martini A., Scharf T.W., Muratore C. // Surf. Coat. Technol. 2014. V. 257. P. 266. https://www.doi.org/10.1016/j.surfcoat.2014.05.064
Кондратьев В.А., Лесневский Л.Н., Тюрин В.Н., Ушаков А.М. // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2004. № 2. С. 49.
Lesnevskii L.N., Lezhnev L.Yu., Lyakhovetskii M.A. et al. // J. Machinery Manufacture Reliability. 2017. V. 46. P. 25. https://www.doi.org/10.3103/S1052618817010101
Turkin A.A., Pei Y.T., Shaha K.P. et al. // J. Appl. Phys. 2010. V. 108. № 9. P. 094330-1. https://www.doi.org/10.1063/1.3506681
Hasegava H., Kimura A., Suzuki T. // Surf. Coat. Technol. 2000. V. 132. № 1. P. 76. https://www.doi.org/10.1016/S0257-8972(00)00737-4
Yoo Y., Le D.P., Kim J.G. et al. // Thin Solid Films. 2008. V. 516. № 11. P. 3544. https://www.doi.org/10.1016/j.tsf.2007.08.069
Betsofen S.Ya., Plikunov V.V., Petrov L.M., Bannykh I.O. // Aviation Industry. 2007. № 4. P. 9.
Tan S., Zhang X., Wu X., Fang F., Jiang J. // Appl. Surf. Sci. 2011. V. 257. № 6. P. 1850. https://www.doi.org/10.1016/j.apsusc.2010.08.114.
Chang Ch.-L., Lin Ch.-T., Tsai P.-Ch., Ho W.-Y., Wang D.-Y. // Thin Solid Films. 2008. V. 516. № 16. P. 5324. https://www.doi.org/10.1016/j.tsf.2007.07.087.
Discerens M., Patscheider J., Levy F. // Surf. Coat. Technol. 1998. V. 108. P. 241. https://www.doi.org/10.1016/S0257-8972(98)00560-X.
Блинков И.В., Волхонский А.О., Лаптев А.И., Свиридова Т.А., Табачкова Н.Ю., Белов Д.С., Ершова А.В. // Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2013. № 2. С. 55. https://www.doi.org/10.17073/1997-308X-2013-2-54-59
Yea F., Suna X. // Prog. Nat. Sci.: Mater. Int. 2018. V. 28. № 1. P. 40. https://www.doi.org/10.1016/j.pnsc.2018.01.001.
Семенов А.П., Цыренов Д.Б., Семенова И.А., Смирнягина Н.Н. Синтез нанокристаллических покрытий TiN–Cu на принципе сопряжения процессов вакуумно-дугового испарения Ti и магнетронного распыления Cu в вакуумной установке ВУ-1Б. Издательства БНЦ СО РАН. Сборники, 2018. 134 с.
Lozovan A.A. et al. // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2018. V. 52. № 39. https://www.doi.org/10.1088/1757-899X/387/1/012048
Лозован А.А., Бецофен С.Я., Ляховецкий М.А., Павлов Ю.С., Грушин И.А., Кубатина Е.П., Николаев И.А. // Известия вузов. Цветная металлургия. 2021. Т. 27. № 4. С. 70. https://www.doi.org/10.17073/0021-3438-2021-4-70-77
Guleryuz C.G., Krzanowski J.E., Veldhuis S.C., Fox-Rabinovich G.S. // Surf. Coat. Technol. 2009. V. 203. P. 3370.
Suciu C.V., Uchida T. // Parallel Grid Cloud Internet Computing. 2010. P. 560. https://www.doi.org/10.1109/3PGCIC.2010.96.
Lesnevskiy L.N., Lyakhovetskiy M.A., Savushkina S.V. // J. Friction Wear. 2016. V. 37. № 3. P. 268. https://www.doi.org/10.3103/S1068366616030107
Fouvry S., Kapsa Ph., Vincent L. // Wear. 1996. V. 200. № 1. P. 186. https://www.doi.org/10.1016/S0043-1648(96)07306-1
Ma L., Eom K., Geringer J., Jun T-S., Kim K. // Coatings. 2019. V. 9. №. 8. P. 501. https://www.doi.org/10.3390/coatings9080501
Fouvry S., Kapsa Ph., Vincent L. // Fretting Fatigue: Current Technol. Practices. ASTM STP 2000. 1367. P. 49. https://www.doi.org/10.1520/STP14721S
Kapsa P., Fouvry S., Vincent L. // Wear Mechanisms Mater. Practice. 2005. P. 317. https://www.doi.org/10.1002/9780470017029.ch13
Holleck H., Schier V. // Surf. Coat. Technol. 1995. V. 76. № 1. P. 328. https://www.doi.org/10.1016/0257-8972(95)02555-3
Liu A., Deng J., Cui H., Chen Y., Zhao J. // Int. J. Refractory Metals Hard Mater. 2012. V. 31. P. 82. https://www.doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2011.09.010