В России разработали градиентную микроархитектуру алмазных покрытий для сверхпрочных инструментов

Проблема традиционных алмазных покрытий

При обработке высокоабразивных материалов — армированных композитов, графитов различной плотности, алюмокремниевых сплавов — режущий инструмент испытывает экстремальные нагрузки. Алмазные плёнки традиционно применяются для повышения твёрдости и износостойкости, однако однослойные покрытия (как микро-, так и нанокристаллические):

• подвержены накоплению внутренних напряжений;
• склонны к формированию трещин;
• ограничивают срок службы инструмента.

Эти недостатки снижают эксплуатационную надёжность оборудования.

Градиентная структура без границ слоёв

Учёные ТПУ предложили новый метод осаждения, который формирует покрытие с плавным переходом от микрокристаллической (MCD) к нанокристаллической (NCD) структуре без выраженных межслоевых границ. Такой градиент:

• уменьшает концентрацию внутренних напряжений;
• повышает стойкость к распространению трещин;
• снижает риск разрушения покрытия под нагрузкой.

По словам исследователей, микрокристаллическая часть обеспечивает твёрдость и сопротивление износу, а нанокристаллическая — гладкость поверхности и трещиностойкость.

Особую роль играют переходные зоны между MCD и NCD — именно они формируют адгезию к подложке и влияют на коэффициент трения.

Эффективнее существующих решений

«Градиентная структура сочетает низкую шероховатость, высокую износостойкость и высокую адгезионную прочность. Плавный переход снижает остаточные напряжения и предотвращает развитие трещин», — отмечает один из авторов работы, Александр Митулинский, младший научный сотрудник лаборатории "Импульсно-пучковых, электроразрядных и плазменных технологий" ТПУ.

По результатам испытаний новая архитектура превзошла традиционные покрытия, продемонстрировав лучшую стойкость и стабильность при нагрузках.

Публикация и поддержка исследования

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда. Результаты опубликованы в журнале Ceramics International (Q1, IF 5.6).

Если вам понравился материал, кликните значок - вы поможете нам узнать, каким статьям и новостям следует отдавать предпочтение. Если вы хотите обсудить материал - не стесняйтесь оставлять свои комментарии : возможно, они будут полезны другим нашим читателям!