Для широкого использования в узлах трения тонкие твердые покрытия (углеродные, нитридные и др.) должны иметь не только высокую износостойкость, но и низкий коэффициент трения. Такое сочетание может быть достигнуто в результате самоорганизации поверхностных слоев материала в начальный период трения. В работе обсуждаются особенности образования трибослоев на пятнах фактического контакта при трении алмазоподобных углеродсодержащих композиционных покрытий и покрытий нитрида титана. Во всех случаях с помощью атомно-силовой микроскопии поверхностей трения на пятнах фактического контакта обнаруживаются трибослои нанометровой толщины с более низким модулем упругости и сдвиговой прочностью. Для комплексной характеризации поверхностных слоев трения использовались методики силовой спектроскопии, построения изображений топографий, фазового контраста и латеральных сил, а также применялся совместный анализ изображений и компьютерное 3D-моделирование контакта. Показано, что в случае трения углеродсодержащих твердых покрытий реализуется процесс графитизации материала в тонких поверхностных слоях. Интенсивность процесса в значительной степени зависит от структуры композитов, сочетающих углерод и металл, а также условий трения (нагрузка, количество циклов). Рассмотрены особенности самоорганизации поверхностей покрытий на основе углеродных наноструктур (нанотрубки, фуллерены), которые заключаются в ориентации структур в направлении трения и приводят к снижению трения. Описаны возможности управления процессом самоорганизации путем регулирования многослойной и гетерогенной структур металлоуглеродных композитных покрытий.

Цель работы –попытка исследовать процессы, которые позволяют давать покрытиям высокую эффективность в узлах трения. Лучшее понимание процессов самоорганизации на поверхности покрытия и его механизмов износа может быть получено с помощью изображений фазового контраста и химических исследований.

Нанесение функциональных покрытий один из самых эффективных методов создания поверхностей трения, удовлетворяющих потребностям современного машиностроения.

Упрочнение контактирующих поверхностей достигается нанесением поверхностных слоев твердых материалов, таких как оксидная керамика, карбиды, углерод, нитриды и т. д. Тонкие покрытия из твердых материалов, предназначенные для широкого использования в узлах трения, должны иметь как высокую износостойкость, так и низкий коэффициент трения. Тем не менее, исходные покрытия в период приработки не всегда демонстрируют оптимальные свойства.

Результаты работы показали:

1. Самоорганизация на поверхности под действием трения состоит в пластической деформации шероховатостей поверхности и формировании трибослоя.

2. Трибослои на поверхности твердых покрытий снижают их напряжение сдвига и позволяют их успешно применять в узлах трения.

3. Тонкие трибослои на поверхности АПП имеют более низкий модуль упругости, чем сама поверхность АПП. Формирование этих слоев может быть связано с процессом графитизации аморфного углерода при трибохимической реакции.

4. Сравнение моделей распределения контактного давления и изображений фазового контраста показало локализацию трибослоев в зонах действительного контакта и увеличение их толщины на наиболее высоких выступах рельефа поверхности.

5. Существует возможность управлять процессами самоорганизации на поверхности путем подбора структуры покрытия. Это позволит оптимизировать поверхности трения исходя из критериев низкого трения и высокой износостойкости.