Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Исследование и разработка лазерной технологии формирования многофункциональных нано-структурированных покрытий для бытовой техники Мацнев Николай Петрович

Исследование и разработка лазерной технологии формирования многофункциональных нано-структурированных покрытий для бытовой техники
<
Исследование и разработка лазерной технологии формирования многофункциональных нано-структурированных покрытий для бытовой техники Исследование и разработка лазерной технологии формирования многофункциональных нано-структурированных покрытий для бытовой техники Исследование и разработка лазерной технологии формирования многофункциональных нано-структурированных покрытий для бытовой техники Исследование и разработка лазерной технологии формирования многофункциональных нано-структурированных покрытий для бытовой техники Исследование и разработка лазерной технологии формирования многофункциональных нано-структурированных покрытий для бытовой техники Исследование и разработка лазерной технологии формирования многофункциональных нано-структурированных покрытий для бытовой техники Исследование и разработка лазерной технологии формирования многофункциональных нано-структурированных покрытий для бытовой техники Исследование и разработка лазерной технологии формирования многофункциональных нано-структурированных покрытий для бытовой техники Исследование и разработка лазерной технологии формирования многофункциональных нано-структурированных покрытий для бытовой техники Исследование и разработка лазерной технологии формирования многофункциональных нано-структурированных покрытий для бытовой техники Исследование и разработка лазерной технологии формирования многофункциональных нано-структурированных покрытий для бытовой техники Исследование и разработка лазерной технологии формирования многофункциональных нано-структурированных покрытий для бытовой техники
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Мацнев Николай Петрович. Исследование и разработка лазерной технологии формирования многофункциональных нано-структурированных покрытий для бытовой техники : Дис. ... канд. техн. наук : 05.02.13 Москва, 2005 165 с. РГБ ОД, 61:05-5/2415

Содержание к диссертации

Введение

Глава I. Анализ условий функционирования узлов трения в бытовых машинах и приборах. Формулировка требований к защитным покрытиям. (Обзор литературы. Постановка задачи исследований.) 9

1.1. Анализ условий эксплуатации и причин выхода из строя узлов бытовых машин и технологического оборудования предприятий бытового обслуживания и коммунального хозяйства 9

1.2. Механизм фрикционного разрушения рабочих поверхностей 17

1.3. Оценка применимости технологических методов повышения срока службы деталей бытовых машин и оборудования коммунального хозяйства 26

1. 4. Анализ современных и перспективных материалов для покрытий 34

1.5. Прогнозный анализ оптимальной архитектуры слоистых и композитных покрытий на основе АПП и ДПМ-материалов 45

Глава II. Методика импульсного лазерного осаждения нано- структурированных покрытий и методы их исследования 64

2.1.Установка для импульсного лазерного осаждения покрытий 64

2.2. Технологические режимы импульсного лазерного осаждения покрытий 69

2.3 Методы структурно-фазового анализа сформированных покрытий 72

Глава III. Химические и структурно-фазовые характеристики лазерно-осажденных покрытий из дихалькогенидов переходных металлов и углерода 74

3.1. Химический состав ДПМ покрытий при импульсном лазерном осаждении 74

3.1.1. Зависимость стехиометрического состава покрытий от лазерного флюенса и давления буферного газа 74

3.1.2. Исследование и измерение концентрации микропримесей в покрытиях 85

3.1.3. Химическое состояние атомов в покрытиях 87

3.2. Структурно-фазовое состояние лазерно-осажденных покрытий из ДПМ материалов 93

3.2.1. Микро- и нано-структурные особенности покрытий 93

3.2.2. Текстура лазерно-осажденных покрытий 103

3.3. Структурное состояние покрытий из углерода 108

Глава IV. Структура и трибологические свойства слоистых и композитных покрытий на основе ДПМ материалов и углерода 112

4.1. Лазерное осаждение слоистых ДПМ/а-С покрытий 112

4.1.1.Морфология ДПМ-слоев и топография поверхности 112

4.1.2. Химическое состояние элементов на границе МДП и а-С слоев 122

4.1.3.Трибологические свойства двухслойных ДПМ/а-С покрытий.. 125

4.1.4. Формирование многослойных ДПМ/а-С покрытий и исследование их

трибологических свойств 134

4.2. Лазерное осаждение нано-композитных покрытий 144

4.2.1. Химическое и структурное состояние нано-композитных покрытий..144

4.2.2. Трибологические свойства нано-композитных покрытий 147

Заключение 154

Литература

Введение к работе

Одной из основных задач в коммунальном хозяйстве и бытовом обслуживании на современном этапе наряду с обеспечением высокого качества оказания услуг является повышение качества и надежности машин и агрегатов, что может быть достигнуто при использовании высоких технологий на финишных операциях изготовления деталей бытовых машин и технологического оборудования предприятий сервиса.

Диссертация посвящена разработке лазерной технологии формирования многофункциональных нано-структурированных покрытий для бытовой техники.

Исследования и разработки, представленные в диссертации, выполнены на кафедре «Общая и прикладная физика» Московского государственного университета сервиса и в лаборатории «Модифицирование материалов лазерным и ионным излучением» Московского инженерно-физического института (государственного университета).

Актуальность проблемы.

В настоящее время высокие технологии все активнее внедряются в различные сферы жизнедеятельности человека, в том числе в производство бытовых машин и приборов. Это приводит к существенному усложнению конструкции отдельных узлов бытовой техники и повышению требований к технологии их изготовления и ремонта. Одним из перспективных способов повышения ресурса ответственных узлов является нанесение покрытий, существенно изменяющих свойства рабочих поверхности деталей. Среди наиболее известных и получивших широкое развитие методов формирования покрытий следует выделить газотермическое напыление в различных модификациях. Общие требования к поверхности обрабатываемого материала (детали, изделия), применяемым материалам и покрытиям устанавливаются по ГОСТ 28844-90. Эти методы разрабатываются уже более 10 лет и к настоящему времени достаточно хорошо исследованы с точки зрения особенностей структурообразования формируемых покрытий и их эксплуатационных свойств.

Интенсивное импульсное лазерное излучение обладает уникальными свойствами по испарению и ионизации самых различных материалов. Лазерно-инициированный плазменно-паровой поток (факел) распространяется с достаточно высокой скоростью от облучаемой мишени и может быть использован для формирования покрытий из самых различных материалов. Газодинамическое ускорение факела сопровождается кулоновским взаимодействием частиц, которое вызывает дополнительное ускорение ионной компоненты. В результате энергетический спектр осаждаемых частиц (ионов и атомов) распространяется в широком интервале от 0,1 до 100 эВ.

Использование лазерного излучения открывает возможности формирования принципиально новых нано-структурированных покрытий, которые сложно создать традиционными методами напыления. Лазерная технология представляет особый интерес для техники сервиса, так как отличается экологической чистотой и универсальностью. Однако к настоящему времени особенности лазерного напыления покрытий, существенно улучшающих эксплуатационные свойства деталей и представляющие интерес для техники сервиса, мало изучены. Поэтому исследования, проведенные в работе, являются актуальными.

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является исследование особенностей формирования покрытий при импульсном лазерном осаждении и изучение эксплуатационных свойств таких покрытий.

Для достижения цели в работе были поставлены и решены следующие задачи:

проведен выбор и теоретическое обоснование структурно-фазового состава новых слоистых и композитных покрытий, перспективных для машин и оборудования сервиса,

разработаны лазерные технологические процессы и экспериментальное оборудование для осаждения покрытий,

экспериментально исследованы микро- и нано-структурные характеристики сформированных покрытий и установлены их зависимости от режимов лазерного осаждения,

изучены трибологические свойства сформированных покрытий, экспериментально определены их оптимальные структурно-фазовые характеристики,

разработаны рекомендации по применению лазерной технологии для формирования покрытий на рабочих поверхностях деталей бытовой техники.

Методы исследований. Поставленные задачи решались теоретическими и экспериментальными методами с учетом современных представлений о процессах взаимодействия материалов в зоне фрикционного контакта. Лабораторные испытания проводились на приборах, позволяющих с высокой точностью измерять и непрерывно записывать исследуемые параметры. Для получения всесторонней информации о структуре и свойствах покрытий в работе использовался широкий комплекс методик: сканирующая электронная микроскопия (СЭМ), рентгеновская дифрактометрия (РД), просвечивающая электронная микроскопия высокого разрешения и микродифракция (ПЭМ/МД), обратное резерфордовское рассеяние ионов гелия (ОРРИ), рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (РФЭС), спектроскопия комбинационного рассеяния (КР).

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

проведено научное обоснование оптимального структурного и фазового состава слоистых и композитных покрытий на основе различных модификаций углерода и дихалькогенидов переходных металлов (ДПМ),

экспериментально установлены особенности формирования микро- и наноструктуры покрытий из твердого углерода и ДПМ-материалов при конденсации лазерной плазмы,

экспериментально изучены особенности и разработана модель формирования химического состава ДПМ-покрытий при варьировании лазерного флюенса и давления буферного газа,

изучены особенности трибо-индуцированных изменений в покрытиях на основе различных модификаций углерода и ДПМ-материалов.

Практическая ценность работы состоит в улучшении эксплуатационных характеристик деталей бытовых машин на основе проведения экспериментальных исследований по формированию покрытий нового типа с применением перспек-

тивной методики импульсного лазерного осаждения. Получены новые данные о трибологических свойствах покрытий на основе различных модификаций углерода и твердосмазочного компонента (ДПМ-материалов). Установлены зависимости эксплуатационных свойств покрытий от их структурно-фазового состава и технологических режимов лазерного осаждения. Определены оптимальные параметры композитных покрытий, обеспечивающие низкий коэффициент трения и высокую износостойкость. Проведена оценка перспектив применения лазерной технологии для модифицирования поверхности деталей в ответственных узлах бытовой техники.

Достоверность полученных результатов подтверждается применением основных положений фундаментальных научных направлений, использованием современных методов и контрольно-измерительной аппаратуры, приборов для исследования структуры и химического состава поверхностных слоев металлических деталей, практической реализацией разработанной лазерной технологии формирования многофункциональных нано-структурированных покрытий.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на научных конференциях МИФИ в 2000 - 2004 гг., Международных конференциях «Наука -индустрии сервиса» (МГУС, 2001, 2002 гг.), Международных конференциях «Индустрия сервиса в XXI веке» (МГУС, 2001, 2002 гг.), V Межвузовской научно-практической конференции «Информационные технологии XXI века» (МГУС, 2004 г.).

Основные положения, выводы и рекомендации, которые выносятся на защиту:

  1. Результаты экспериментальных исследований и теоретические модели формирования химического, структурного и фазового состава многослойных и композитных покрытий на основе твердого углерода и ДПМ-материалов при лазерном осаждении.

  2. Результаты экспериментальных исследований эксплуатационных свойств (интенсивности изнашивания, коэффициента трения) многослойных и композитных покрытий на основе твердого углерода и ДПМ-материалов, сформирован-

ных импульсным лазерным осаждением при варьировании технологических режимов.

  1. Результаты экспериментальных исследований и модели трибо-индуцированных изменений в слоистых и композитных покрытиях на основе твердого углерода и ДПМ-материалов, подвергнутых испытанию в жестких условиях - на воздухе при отсутствии смазочного материала.

  2. Практические рекомендации по выбору архитектуры, структурно-фазового состава и режимов лазерного осаждения покрытий на основе твердого углерода и ДПМ-материалов, обеспечивающих наилучшие эксплуатационные свойства.

Основное содержание диссертации отражено в 3 статьях в научных журналах, 4 статьях в сборниках научных статей, 5 тезисах докладов научных конференций.

Объем и структура. Работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы.

Механизм фрикционного разрушения рабочих поверхностей

Механизмы потери работоспособности деталями бытовых машин и технических средств коммунального хозяйства вследствие разрушения поверхностей, различны: вследствие контактной усталости, коррозионных и коррозионно-механических процессов, механического изнашивания и др. Действие всех этих механизмов разрушения может дополняться друг другом и, в конечном итоге приводит к катастрофическому разрушению поверхностных слоев деталей машин. Основой действия разрушительных процессов является фрикционное взаимодействие рабочих поверхностей деталей бытовых машин.

Два основных процесса фрикционного взаимодействия поверхностей — образование точек соприкосновения за счет взаимного внедрения неровностей и формирование на них «мостиков сварки» - протекают при больших локальных давлениях на реальных пятнах контакта. Эти давления всегда достаточно велики даже при малой общей нагрузке на узел, так как общая площадь этих пятен контакта очень мала. Вследствие расположения выступов на различных уровнях при увеличении нагрузки они последовательно вступают в контакт. Поэтому прирост фактической площади контакта происходит в основном за счет увеличения числа пятен контакта, а не их размера. С этой точки зрения контакт реальных поверхностей деталей рассматривается как молекулярное (адгезионное) и механическое взаимодействие.

Основные положения молекулярной (адгезионной) теории трения [1], сводятся к тому, что возникающие на участках фактического касания большие контактные давления могут приводить к образованию локальных адгезионных мостиков сварки. Образованием и разрушением этих мостиков объясняется скачкообразный характер трения типа микросхватывание — микропроскальзывание. Механизмы трения покоя и движения почти одинаковы, их отличие заключается в разном эффективном времени контактирования. Уменьшение скорости соответствует увеличению времени существования адгезионных мостиков сварки. Смазка снижает трение и скачки; степень этого снижения зависит от свойств смазочных материалов. Предполагается [2, 3], что при малых скоростях преобладает

граничная смазка. При увеличении скорости масляная пленка втягивается между скользящими поверхностями и обеспечивает на отдельных участках контакта гидродинамическую смазку. Это приводит к уменьшению силы трения. Относительно быстрое уменьшение трения с повышением скорости облегчает возникновение неравномерности движения. При отсутствии смазки или ее недостаточном количестве молекулярные взаимодействия являются причиной скачков скорости. Существуют представления, согласно которым главным фактором, обуславливающим нестабильность трения, является температурный режим в контакте [4]. Предложено следующее объяснение фрикционных автоколебаний на основе убывающей зависимости силы трения от температуры. В течение скачка нагрев поверхности вызывает уменьшение силы трения. Это приводит к упругой разгрузке, а при остановке или замедлении происходит остывание поверхности. Учет средней поверхностной температуры позволяет обосновать фрикционные автоколебания в тяжелых режимах трения. Для представления фрикционных автоколебаний в обычных системах при малых скоростях необходимо учитывать температурную вспышку на участках фактического касания.

Наиболее полно процесс трения представлен в молекулярно-механической теории трения, так как в ней учтено как внешнее трение (адгезионное схватывание), так и внутренне трение - пластическое передеформирование материала. В молекулярно-механической теории трения [5, 1] принимается, что на поверхности твердого тела атомы или молекулы находятся в состоянии, которое характеризуется большой поверхностной энергией. Это приводит к пассивации активированной трением рабочей поверхности. В результате взаимодействия с атомами и молекулами окружающей среды поверхности твердых тел покрыты адсорбированными и хемосорбированными пленками, снижающими трение.

Пленки, адсорбированные на рабочих поверхностях, и смазочный материал образуют третье тело. Пленки взаимодействуют с твердыми телами и изменяют их свойства. Эти изменения наблюдаются как эффект адсорбционного понижения прочности (эффект Ребиндера) или как эффект избирательного растворения части компонентов твердого раствора. Третье тело состоит из нескольких слоев: граничной пленки, которая может быть адсорбированной, а при высоких температурах - хемосорбированной; пленки химических соединений - оксидов, сульфидов, хлоридов, фосфидов; тонкого разрыхленного слоя материала основы.

Важнейшей характеристикой является отношение сдвигового сопротивления третьего тела т. к сдвиговому сопротивлению основы. Сдвиг локализуется в тех слоях, в которых оно наименьшее.

Технологические режимы импульсного лазерного осаждения покрытий

Лазерные мишени были изготовлены из чистых материалов: углерод, M0S2, MoSe2, WSe2 и др. Для формирования слоистых и композитных покрытий создавалась мозаичная мишень, состоящая из отдельных пластинок чистых материалов. Лазерный луч сканировался по такой мозаичной мишени с заданным временем воздействия на отдельный материал, что позволяла создавать покрытия требуемого состава и архитектуры.

Мишени из ДПМ-материалов создавались путем холодного прессования ДПМ-порошков под давлением 600 МПа. Порошки были любезно предоставлены сотрудником Московского института стали и сплавов (МИСИС) профессором Лобовой Т.А. ДПМ-материалы были созданы методом высокотемпературного синтеза из металлического порошка чистотой 99,93 % и порошка халькогена чистотой 99,99%. Характерный размер частиц исходного металлического порошка составлял 1 — 4 мкм.

Синтезированные ДГТМ-порошки содержали крайне низкое количество микропримесей. Так химический состав порошка WSe2 включал 54,0% W, 45,8% Se, 0,12% Fe, 0,01% Ni, 0,03% Cr, 0,015% Si b 0,036% Al. Размер частиц порошка составлял 5 — 20 мкм. Прессование не вызывало заметных изменений этих размеров. Изображение частиц порошка диселенида вольфрама, полученное методом сканирующей электронной микроскопии, представлено на рис.2.3.

Однако прессование вызывало формирование текстуры в материале мишени, которое проявлялось в превалировании 0001) ориентации в кристаллической решетке мишени. На рис.2.4 представлено электронно-микроскопическое изображение мишени WSe2, полученное в режиме «на просвет в темном поле» после утонения массивного образца. Явно выделяются контуры одной частицы, которая обладает достаточно совершенной (бездефектной) кристаллической структурой. На рис.2.5 представлена картина электронной микродифракции от этой частицы. Дифракционные измерения подтверждают высокое качество кристаллической структуры этой частицы и позволяли определить тип текстуры материала мишени.

Исследование стехиометрического состава ДПМ-мишеней методом обратного резерфорд о веко го рассеяния ионов гелия показало, что отношение атомных концентраций S/Mo, Se/Mo и Se/W в пределах ошибки измерений (10%) соответствовало 2. Оже-измерения показали, что в ДПМ-мишенях могло также присутствовать до 5 ат.% кислорода.

Для получения всесторонней информации о микроструктуре и свойствах модифицированных материалов, и осажденных покрытий в работе использовался достаточно широкий комплекс методик.

Топография поверхности материалов и осажденных покрытий исследовалась методом сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) на приборах фирм JEOL, Videoscan в НИИ физических проблем им.Ф.В.Лукина (г.Зеленоград) С целью изучения морфологии покрытий они осаждались на относительно тонкие кремниевые пластины, которые раскалывались перед исследованием. СЭМ исследования образующегося разлома позволяли установить особенности макро/микро-структурного состояния покрытия.

Для структурных исследований относительно толстых слоев и покрытий (толщиной 1 мкм) использовался металлографический метод и метод рентгеновской дифрактометрии (РД). Рентгеновские измерения проводились на дифрактометре ДРОН-3 по стандартной схеме в МИФИ и МИСИС.

Более тонкие поверхностные слои и тонкопленочные покрытия исследовались в МИФИ методами просвечивающей электронной микроскопии и микродифракции (ПЭМ/МД) на приборе фирмы JEOL при энергии электронов равной 100 кэВ. Для получения прозрачных для электронного пучка слоев проводили утонение массивных подложек. Для изучения формируемых из лазерного факела пленок осаждение проводили на сколы кристаллов NaCl.

Зависимость стехиометрического состава покрытий от лазерного флюенса и давления буферного газа

Использование методов просвечивающей электронной микроскопии и рентгеновского структурного анализа позволило установить, что покрытия из ДПМ материалов состоят из нескольких фаз: аморфной, кристаллической гексагональной и кубической (на основе металла или оксида металла). Относительное содержание этих фаз и ориентация их кристаллических решеток относительно поверхности подложки зависели от технологических режимов осаждения: лазерного флюенса, температуры подложки, химических свойств металлического компонента. Выявлены также особенности роста покрытий при увеличении их толщины в процессе осаждения.

Проведенные ПЭМ-исследования показали, что структурообразование покрытий из молибденитов селена и серы (MoSex и MoSx) при лазерном осаждении протекало во многом аналогично. На начальном этапе роста покрытия формировалась либо аморфная структура (при комнатной температуре подложки), либо — нанокристаллическая (при повышенной температуре). Исследования очень тонких пленок MoSex (толщиной 20 - 40 нм) показали, что в случае осаждения при комнатной температуре формировалась аморфная структура, содержащая кристаллические включения молибдена (рис.3.13 а). Размеры Mo-кристаллитов не превышали 25 нм. Повышение лазерного флюенса приводило к заметному снижению концентрации Mo-включений (рис.3.13 б) в аморфной MoSex матрице. Таким образом, варьирование лазерного флюенса позволяло изменять концентрацию твердых нано-размерных включений в аморфных пленках MoSex.

Причина образования таких включений требует специальных исследований. Одна из возможных причин заключается в конденсации лазерного факела при свободном разлете в вакууме. Интенсивность этого процесса во многом зависит от концентрации в факеле зародышей, на которых развивается конденсация. При изменении лазерного факела изменяется картина взаимодействия лазерного излучения с веществом. При высоких флюенсах вполне вероятно полное разложение материала мишени до атомарного состояния. При низких флюенсах возможен вынос с поверхности мишени кластеров (Mo+Se), играющих роль закритических зародышей, на которые налипают другие атомы из лазерного факела при переохлаждении. Нельзя исключить и другой механизм, при котором кластеры тугоплавкого металла образуются непосредственно на поверхности мишени в результате термостимулированного разложения MoSe2- Такие Мо-кластеры могли вылетать из мишени под влиянием газодинамического или гидродинамического процессов.

На рис. 3.14 представлены результаты денситометрических исследований дифракционной картины от пленки MoSex, осажденной при комнатной температуре. Измерения межплоскостных расстояний явно указывают на формирование включений металлического молибдена.

В случае осаждения очень тонких пленок при 250С преимущественно формировалась нанокристаллическая структура с базисной ориентацией (рис.3.15 а). Размеры кристаллитов не превышали 30 нм. На картине микродифракции отражения от базисных плоскостей (002) MoSe2 отсутствовали. Наиболее ярко выражены кольцевые рефлексы, которые были идентифицированы как отражения от плоскостей (100) и (ПО) 2Н-гексогональной решетки MoSe2. Справедливость сделанных предположений о выраженной текстуре тонких пленок MoSex подтверждается результатами исследования дефектных участков пленки. Эти искажения могли возникать вследствие нарушения идеальной структуры поверхности подложек при раскалывании кристаллов NaCl. Конформное осаждение пленки на дефект поверхности подложки (типа «ступеньки») могло вызывать локализованный

Химическое состояние элементов на границе МДП и а-С слоев

Рентгеновские фотоэлектронные спектры дисульфида молибдена оказываются наиболее чувствительными к особенностям химического состояния атомов ДПМ материала на границе с углеродным слоем. При РФС исследованиях MoSx/a-C интерфейса пленка сульфида осаждалась малыми порциями на а-С покрытие, а затем проводились измерения фотоэлектронных спектров без выноса образца на воздух (метод in situ РФЭС анализа).

На рис. 4.8 представлены результаты in situ РФС-исследования формирования межфазной границы при лазерном осаждении MoSx на алмазоподобную углеродную пленку. Четкий РФС-сигнал от атомов Mo and S появлялся после 10 лазерных импульсов. Положение Mo3d and S2p линий на спектре практически не изменялось в течение 30 импульсов. Энергия связи Mo3d5/2-3neKTpoHOB (BE) составляла 229 эВ, а максимум интенсивности S2p линии располагался на 163 эВ. При дальнейшем увеличении времени лазерного осаждения линия ЫоЗд.5/2 смещалась до 228,6 эВ, а линия S2p до 162,1 эВ. При этом соотношение S/Mo, оцениваемое по РФС спектрам, изменялось от 2.3 до 1.9. Ширина линии (FWHM) Mo3d5/2 уменьшилась с 1,65 эВ до 1,33 эВ, а линии S2p с 2,85 эВ до 2,5 эВ.

Форма линии углерода Cls не испытывала существенных изменений при осаждении пленки сульфида. Максимум Cls располагался на 284,6 эВ. Только после 100 импульсов немного подросла относительная интенсивность этого спектра в области низких энергий связи.

Анализ динамики РФС спектров показал, что химическое состояние элементов пленки MoSx на интерфейсе с углеродом иное, чем в объеме пленки. Это может быть связано с формированием новых химических связей между атомами Mo-S-C на этом интерфейсе. Однако эти связи, вероятно, были локализованы в очень узком слое, поэтому они не оказывали существенного влияния на РФ-спектры. Можно заключить, что атомы серы более эффективно прилипали к поверхности углеродной пленки, чем к поверхности MoSx пленки. Величина BE (S2p)=163 эВ характерна для кластеров серы (S-S) , a BE(Mo3d)=229 эВ указывает на доминирующее влияние химических связей молибдена с серой на интерфейсе. Однако, анализируя форму линии Cls после 100 импульсов, нельзя исключить существование С-Мо связей, которые вызывали смещение линии Cls в сторону меньших энергий связи.

Проведенные в диссертационной работе трибоиспытания двухслойных покрытий показали, что в случае осаждения при комнатной температуре подложки использование твердого алмазоподобного подслоя позволяло существенно улучшить трибологические свойства твердосмазочных покрытий. В случае осаждения покрытия WSex непосредственно на стальную подложку оно выдерживало около 4x10 циклов (оборотов диска) (рис.4.9). После притирания поверхностей контртела и покрытия коэффициент трения снижался до значения 0,05, затем выходил на уровень 0,07, и это значение сохранялось до начала разрушения покрытия. Разрушение покрытия проявлялось в увеличении амплитуды колебания коэффициента трения. Этот процесс протекал еще примерно 4x103 циклов. Полное разрушение покрытия и переход к фазе сухого трения «стали по стали» приводили к резкому росту значения коэффициента трения (более 0,6).

В случае осаждения WSex покрытия на стальную подложку с промежуточным а-С слоем результаты трибоиспытаний зависели от режимов формирования твердосмазочного WSex слоя. Однако во всех случаях здесь отмечено существенное повышение времени истирания этого слоя. При испытании покрытия, осажденного при 100 Дж/см , обнаружена некоторая нестабильность антифрикционных свойств. Покрытие выдерживало более 2x104 циклов. За это время коэффициент трения поднимался от значения 0,13, а затем уменьшался до 0,05. Явного разрушения покрытия за время испытания не было зафиксировано. На заключительном этапе испытания коэффициент трения не превышал значения 0,1.

Похожие диссертации на Исследование и разработка лазерной технологии формирования многофункциональных нано-структурированных покрытий для бытовой техники