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://journal-vniispk.ru/1028-0960/article/view/137799
DOI: https://doi.org/10.31857/S1028096023080095
EDN: https://elibrary.ru/OAUCTC
ID: 137799

Цитировать

Полный текст

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