Дослідження зносостійкості TiMoN/NbN нанобагатошарових покриттів, осаджених вакуумно-дуговою технологією за різних робочих тисків
Анотація
Дане дослідження присвячене аналізу зносостійкості нанобагатошарових покриттів TiMoN/NbN, осаджених методом катодно-дугового PVD за різних робочих тисків азоту (0.52 та 0.13 Па). Хоча обидва покриття мають подібну загальну товщину (~10‑11 мкм) і близьку кількість періодів (~270), їх структурна цілісність, якість інтерфейсів та елементний розподіл суттєво відрізняються залежно від тиску під час осадження. Покриття, синтезоване при 0.52 Па, формує високовпорядковану та щільну багатошарову архітектуру з чітко визначеними межами та зниженою концентрацією мікродефектів. Натомість покриття, отримане при 0.13 Па, характеризується вираженою хвилястістю меж, порушенням періодичності та зростанням дефектності. Трибологічні випробування «кулька–диск» показали стабільний коефіцієнт тертя 0.42–0.48 для покриття, отриманого при 0.52 Па, тоді як покриття, синтезоване при 0.13 Па, демонструє підвищений і нестабільний коефіцієнт тертя (0.60–0.70) з частими коливаннями. Мікроструктурний та хімічний аналізи доріжок зношування вказують на формування у покритті, отриманому при високому тиску, міцної адаптивної Ti–Nb–Mo–O трибоплівки, яка містить мастильні фази MoO3 і зміцнювальні фази Nb2O5. У випадку низького тиску на поверхні формується лише тонка, крихка TiO2-вмісна плівка, що не має здатності до самовідновлення. Отримані результати демонструють, що оптимізація тиску азоту є ключовою умовою для формування структурно узгоджених наноламінатів, здатних утворювати функціональні трибоплівки, що суттєво підвищує зносостійкість нанобагатошарових систем TiMoN/NbN.
Завантаження
Посилання
W. Li, P. Liu, and P.K. Liaw, Mater. Res. Lett. 6(4), 199 (2018). https://doi.org/10.1080/21663831.2018.1434248
R. Lin, S. Sun, B. You, T. Dong, Y. Sui, and S. Wei, Mater. Res. Express. 11, 096402 (2024). https://doi.org/10.1088/2053-1591/ad7350
J. Liu, Y. Wang, G. Liu, J. Hua, and X. Deng, Coatings, 13(7), 1229 (2023), https://doi.org/10.3390/coatings13071229
K. S. Surendra Mohan, S. Gunasekaran, D. Manjubashini, S. Umayal, S. Sivaranjani, and B. Subramanian, J. of Materi Eng and Perform 33, 10614–10622 (2024). https://doi.org/10.1007/s11665-023-08691-x
S. Zhang, N. Wang, D.J. Li, L. Dong, H.Q. Gu, R.X. Wan, and X. Sun, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms, 307, 119-122 (2013). https://doi.org/10.1016/j.nimb.2012.12.067.
H. Dempwolf, M. Proft, A. Baumann, S. Malz, O. Keßler, Coatings, 12, 935 (2022). https://doi.org/10.3390/coatings12070935
N. Vattanaprateep, N. Panich, and P. Surin, Journal of Southwest Jiaotong University, 58(6), (2023). https://doi.org/10.35741/issn.0258-2724.58.6.25
Z. Xia, W. Song, H. Yu, X. Li, Y. Yin, and W. Xie, Coatings, 15(10), 1150 (2025). https://doi.org/10.3390/coatings15101150
J. Chen, S. Zhang, J. Li, Z. Chen, and D. Sun, Surface and Coatings Technology, 497, 131800 (2025). https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2025.131800
Y. Wang, W. Yuan, W. Han, J. Gao, H. Li, and T. Zhao, Ceramics International, 50(6), 9460-9468 (2024). https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2023.12.263
Y.H. Wang, F. Guo, H. Ren, S.Y. Hu, Y.J. Chen, Y.H. Zhao, F. Gong, and Z.W. Xie, Ceramics International, 48(6), 8746–8750 (2022). https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2022.01.010
J. Xu, P. Zhang, J. Yu, P. Ying, T. Yang, J. Wu, T. Wang, N. Myshkin, and V. Levchenko, Lubricants, 13(8), 319 (2025). https://doi.org/10.3390/lubricants13080319
Q. Guo, K. Wang, T. Fang, D. Zhang, H. Sun, and Y. Wan, Advanced Engineering Materials, 27(18), 2500974 (2025). https://doi.org/10.1002/adem.202500974
B. Warcholinski, A. Gilewicz, K. Kminikowska, A.S. Kuprin, G.N. Tolmachova, E.N. Reshetnyak, I.V. Kolodiy, et, al., Wear, 578-579, 206224 (2025). https://doi.org/10.1016/j.wear.2025.206224
K. Smyrnova, M. Sahul, M. Haršáni, V. Beresnev, M. Truchlý, L. Čaplovič, M. Čaplovičová, et al., ACS Omega, 9 (15), 17247 17265 (2024). https://doi.org/10.1021/acsomega.3c10242
V. Chenrayan, C. Manivannan, K. Shahapurkar, A. Krishna, V. Tirth, A. Algahtani, and I.M. Alarifi, et al., Journal of Nanomaterials, 2022(1), 9664365 (2022). https://doi.org/10.1155/2022/9664365
G.D. Sonawane, R. Bachhav, and A. Barnwal, JOM, 76, 313–326 (2024). https://doi.org/10.1007/s11837-023-05991-4
F. Akbar, and M. Arsalan, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture, 238(1-2), 95-107 (2023). https://doi.org/10.1177/09544054231157247
X. Zhang, Z. Zeng, X. Zeng, V. Pelenovich, Q. Wan, A. Pogrebnjak, L. Xue, et al., Materials Research Letters, 13(2), 103–112 (2024). https://doi.org/10.1080/21663831.2024.2425167
X. Wang, J. Liu, Y. Liu, W. Li, Y. Chen, and B. Yang, Coatings, 14(8), 1006 (2024). https://doi.org/10.3390/coatings14081006
K. Van Meter, Md.I. Chowdhury, T. Babuska, Jewel Haik, T. Tanasarnsopaporn, M.J. Sowa, A.C. Kozen, et al., Wear, 570, 205980 (2025). https://doi.org/10.1016/j.wear.2025.205980
S. Zhou, Z. Qiu, Z. Wang, W. Yang, and A. Wang, Rare Metals, 44(5), 2845-2852 (2025). https://doi.org/10.1007/s12598-024-03128-3
S. Zhou, W. Zhao, Y. Wu, Z. Qiu, S. Lin, Z. Zheng, and D.C. Zeng, Vacuum, 190, 110311 (2021). https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2021.110311
C. Wang, J. Liu, G. Liu, L. Xue, and K. Zhang, Coatings, 15(8):956 (2025). https://doi.org/10.3390/coatings15080956
T. Wang, G. Zhang, and B. Jiang, Applied Surface Science, 326, 162-167 (2015). https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2014.11.125
W. Cheng, J. Wang, X. Ma, P. Liu, P.K. Liaw, and W. Li, Journal of Materials Research and Technology, 27, 2413-2442 (2023). https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2023.10.012
AA. Sugumaran, Y. Purandare K. Shukla,I. Khan, A. Ehiasarian, and P. Hovsepian, Coatings, 11, 867 (2021). https://doi.org/10.3390/coatings11070867
O. Maksakova, V. Beresnev, M. Caplovicova, Z. Zhang, M. Sahul, S. Lytovchenko, and B. Mazilin, in: IEEE 15th International Conference Nanomaterials: Applications & Properties (NAP) (Bratislava, Slovakia, 2025), pp. MTFC03-1-MTFC03-5. https://doi.org/10.1109/NAP68437.2025.11216249
Авторське право (c) 2025 О.В. Максакова, В.М. Береснєв, С.В. Литовченко, М. Чапловичова, Д.В. Горох, Б.О. Мазілін, М. Сахул
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
