Об этом сообщила пресс-служба университета.
Детали и приборы во многих отраслях промышленности работают в сложных условиях: они одновременно испытывают высокие нагрузки, трение и воздействие соленой воды или химических реагентов. Эти факторы приводят к быстрому износу, появлению трещин и частым поломкам, причем скорость разрушения в разы выше, чем при воздействии каждого фактора по отдельности.
Сегодня для укрепления поверхности деталей применяют дополнительные упрочняющие слои. Однако обычные однослойные покрытия часто недостаточно прочны: одни получаются химически стойкими, но мягкими, другие - более твердыми, но склонными к микротрещинам, через которые реагенты вызывают коррозию. Многослойные покрытия также со временем отслаиваются и трескаются.
Одним из распространенных методов нанесения покрытий является магнетронное распыление в вакууме. Материал осаждается на поверхность тонким слоем при контролируемых параметрах газа и температуры, что удобно для серийной обработки множества деталей. Однако покрытие часто ложится неравномерно: где-то тоньше, где-то плотнее. Промежуточный слой из титана улучшает сцепление с основой, но не устраняет разницу в толщине других слоев, из-за чего деталь все равно изнашивается быстрее.
Ученые Пермского Политеха определили новый состав покрытия. Первым на деталь наносится слой чистого титана, обеспечивающий надежное сцепление с поверхностью. Затем идут нитрид титана, защищающий от ржавчины, и карбонитрид титана, придающий твердость. Эти слои чередуются несколько раз, а сверху наносится дополнительный упрочняющий слой из карбонитрида титана, который первым принимает на себя трение и давление.
Принципиальным отличием новой технологии стало использование двух источников распыления вместо одного. Как пояснили разработчики, один источник не может одновременно создавать слои разного состава без остановки процесса и смены газовой смеси, что приводит к дефектам. Управление каждым из двух источников осуществлялось с помощью стандартных импульсных блоков, позволяющих точно контролировать мощность и последовательность нанесения слоев. Это обеспечило равномерность и нужный состав без перегрева деталей.
Образцы с новым покрытием прошли лабораторные испытания по трем параметрам. Коррозионную стойкость проверяли погружением в 3-процентный раствор поваренной соли, соответствующий пластовой воде в нефтяных скважинах. Твердость измеряли с помощью прибора, который давит на образец с заданной силой: по глубине отпечатка и восстановлению поверхности после снятия нагрузки определяли износостойкость. Также проверяли, насколько прочно покрытие держится и не отслаивается.
Полученные результаты сравнивали с обычными покрытиями из нитрида титана или карбонитрида титана, нанесенными стандартным магнетронным распылением. Анализ показал: твердость нового покрытия оказалась почти на 40% выше, а устойчивость к коррозии - в 3-5 раз выше. Износостойкость в агрессивной среде выросла на 78% по сравнению с зарубежным аналогом, а способность восстанавливаться после нагрузки увеличилась в 1,5 раза.
Как отметила А. Каменева, доктор технических наук, профессор кафедры инновационных технологий машиностроения ПНИПУ, такие свойства означают, что деталь будет дольше сопротивляться истиранию, а покрытие не треснет и не деформируется при ударах и давлении, вернувшись в исходное состояние. Это позволит сэкономить за счет того, что инструменты будут служить в несколько раз дольше, а заводы будут реже останавливать производство для замены изношенных конструкций.
Автор: А. Шевченко
