Вплив параметрів магнетронного розпорошення на механічні та трибологічні властивості покриттів з нітриду Карбону

Н. В. Вігілянська$^{1}$, О. В. Волос$^{1}$, В. Г. Задоя$^{1}$, В. Ф. Горбань$^{2}$, В. І. Закієв$^{3}$

$^{1}$Інститут електрозварювання ім. Є. О. Патона НАН України, вул. Казимира Малевича, 11, 03150 Київ, Україна
$^{2}$Інститут проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України, вул. Омеляна Пріцака, 3, 03142 Київ, Україна
$^{3}$Національний авіаційний університет, просп. Любомира Гузара, 1, 03058 Київ, Україна

Отримано: 6.02.2023; остаточний варіант - 28.02.2023. Завантажити: PDF

Дану роботу присвячено дослідженню механічних і трибологічних властивостей покриттів нітриду Карбону CN$_{x}$, нанесених на основи з титану IM125 і криці AISI321 методом реактивного магнетронного розпорошення графітової мішені на постійному струмі в суміші газів арґон/азот. Показано, що за тиску $p$ = 0,35 Па, концентрації азоту в суміші газів $C$ = 42-58%, температурі основи $T_{основи}$ = 130°C одержано найбільші значення твердости $H$ = 15/20 ГПа, модуля пружности $E^{*}$ = 120-132 ГПа, нормованої твердости $H/E^{*}$ = 0,130-0,152, пружньої деформації $\varepsilon_{es}$ = 4,03-4,6%, що свідчить про підвищену пластичність і зносостійкість покриття за тертя. Випробування зносостійкости, проведені в умовах сухого тертя методами куля-диск і куля-шліф, показали, що підвищену зносостійкість виявлено у покриття CN$_{x}$ з найвищим карбоновим упорядкуванням, що підтверджується високими значеннями нормалізованої твердости $H/E^{*}$ і показником пружньої деформації $\varepsilon_{es}$. У дослідженні в плазмі крові зразків титану ІМ125 з покриттям CN$_{x}$ у парі тертя з хіруленом встановлено низькі значення коефіцієнта тертя й інтенсивности зношування хірулена, які дорівнювали 0,079 і 0,65 мм/км відповідно.

Ключові слова: реактивне магнетронне розпорошення, покриття нітридом Карбону, мікроіндентування, трибологічні властивості, графітова мішень, біомедична сумісність.

URL: https://mfint.imp.kiev.ua/ua/abstract/v45/i05/0603.html

PACS: 46.55.+d, 62.20.Qp, 68.60.Bs, 81.15.Cd, 81.40.Pq, 87.85.jj


ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  1. A. Y. Liu and M. L. Cohen, Science, 245: 841 (1989). Crossref
  2. H. Dong, A. R. Oganov, Q. Zhu, and G.-R. Qian, Sci. Rep., 5: 9870 (1989).
  3. M. Aliofkhazraei, Diamond and Carbon Composites and Nanocomposites Hardness of Thin Films and the Influential Factors (London: IntechOpen: 2016).
  4. L. Dongguang, C. F. Ruan, P. Zhang, H. Ma, Y. Liang, and J. Tu, Mater. Charact., 178, No. 1 (2021).
  5. T. Hattori, N. Umehara, H. Kousaka, X. Deng, K. Manabe, and K. Hayashi, Procedia Manufacturing, 5: 1224 (2016). Crossref
  6. K. Adachi and K. Kato, Tribology of Diamond-Like Carbon Films, 339 (2008).
  7. S. Wei, T. Shao, and P. Ding, Diamond Relat. Mater., 19, Nos. 5-6: 648 (2010). Crossref
  8. S. Wei, T. Shao, and P. Ding, Appl. Surf. Sci., 257, No. 24: 10333 (2011). Crossref
  9. X. Deng, T. Hattori, N. Umehara, H. Kousaka, K. Manabe, and K. Hayashi, Thin Solid Films, 621: 12 (2017). Crossref
  10. X. Liu, N. Umehara, T. Tokoroyama, and M. Murashima, Tribol. Int., 131: 102 (2018). Crossref
  11. F. Z. Cui, X. L. Qing, D. J. Li, and J. Zhao, Surf. Coat. Technol., 200, Nos. 1-4: 1009 (2005). Crossref
  12. M. Zhao, D. Li, Y. Zhang, M. Guo, X. Deng, H. Gu, and R. Wan, Sci. China: Life Sci., 55, No. 4: 343 (2012). Crossref
  13. T. Berlind, N. Hellgren, M. P. Johansson, and L. Hultman, Surf. Coat. Technol., 141, Nos. 2-3: 145 (2001). Crossref
  14. Yu. Borysov, O. Volos, N. Vihilianska, V. Zadoya, and V. Strelchuk, The Paton Welding Journal, 9: 15 (2022). Crossref
  15. S. Shejkin, A. Rutkovskij, I. Rostockij, D. Efrosinin, and V. Bondar, Fiz.-Khim. Mekh. Mater., 48, No. 1: 106 (2012).