Специалисты Томского политеха разработали перспективную технологию создания алмазных покрытий для режущего инструмента, сообщает пресс-служба вуза. Новая градиентная микроархитектура, состоящая из плавно чередующихся слоев, способна значительно повысить надежность и срок службы оборудования, работающего с высокоабразивными материалами. Результаты исследования опубликованы в авторитетном международном журнале.
Обработка современных материалов — армированных композитов, плотного графита или алюмокремниевых сплавов — предъявляет серьезные требования к инструменту. Он должен обладать исключительной твердостью, износостойкостью и термостойкостью. Для придания этих свойств инструмент часто покрывают алмазными пленками. Однако традиционные однослойные покрытия, будь то микро- или нанокристаллические, имеют ряд недостатков, снижающих их общую надежность.
Ученые предлагают инновационный метод осаждения алмазных покрытий, который позволяет создавать плавный градиентный переход от микро- к нанокристаллической микроструктуре, без резких границ между слоями. Именно такая конфигурация помогает снизить концентрацию внутренних напряжений и эффективно препятствует образованию крупных трещин, ведущих к быстрому износу и поломке инструмента.
Для создания покрытий с градиентной структурой применялся метод химического осаждения из газовой фазы. Процесс проводился на кремниевых подложках и шариках из карбида кремния. Ключевым моментом технологии стало медленное, в течение восьми часов, увеличение содержания метана в газовой смеси, что и обеспечило плавное изменение микроструктуры. Полученные образцы прошли комплексные испытания на трение, износ и адгезию. Впервые политехники сравнили свой подход с существующими аналогами — монолитными и двухслойными конфигурациями покрытий.
«Предложенная нами структура показала наибольшую эффективность в сравнении с существующими конфигурациями. Она сочетает в себе низкую шероховатость, высокую износостойкость и высокую адгезионную прочность. А плавный микроструктурный переход между слоями снижает остаточные напряжения и препятствует распространению трещин в покрытии», — пояснил младший научный сотрудник научно-производственной лаборатории «Импульсно-пучковых, электроразрядных и плазменных технологий» ТПУ Александр Митулинский.
Новый подход, разработанный томскими учеными, открывает перспективы для создания более долговечных и надежных инструментов и механизмов, способных работать в самых жестких условиях эксплуатации.
