Способ снижения трения и износа поверхностей изделий

 

Изобретение относится к технике нанесения покрытий в вакууме и может быть использовано в машиностроении. Сущность изобретения: перед нанесением на поверхность трения покрытия из дисульфида молибдена и ионной имплантацией пучками ионов молибдена предварительно наносят вакуумным осаждением покрытие из сверхтвердых соединений одного из тугоплавких металлов IV - VI групп периодической системы элементов (Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Cr, W, Mo, V) с N, C, B или Si, толщиной 1 - 3 мкм. 1 табл.

Изобретение относится к технике нанесения покрытий в вакууме и может быть использовано в машиностроении.

Известен способ снижения трения и износа поверхностей изделия, включающий ионную имплантацию металлических и неметаллических веществ в сопряженные поверхности [1] Недостатком известного способа является низкая износостойкость изделий.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ снижения трения и износа поверхностей изделий, включающий нанесение на поверхность трения дисульфида молибдена (MoS₂) и ионную имплантацию пучками ионов молибдена [2] Недостатком известного способа является недостаточная стабильность фрикционных характеристик по времени.

Задачей предлагаемого решения является повышение стабильности фрикционных характеристик по времени и улучшение износостойкости.

Поставленная задача достигается тем, что в способе снижения трения и износа поверхностей изделий, включающем нанесение на поверхность трения MoS₂ и ионную имплантацию ионов Mo, перед нанесением покрытия из MoS₂ и ионной имплантацией ионами Mo на поверхность трения предварительно наносят покрытия толщиной 1 3 мкм из сверхтвердых соединений тугоплавких металлов IV VI групп периодической системы элементов (Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W) с N, C, B или Si.

Способ осуществляется следующим образом. На поверхность трения наносят покрытие из упомянутых выше сверхтвердых соединений толщиной 1 3 мкм, после чего наносят слой дисульфида молибдена, что можно осуществить натиркой поверхности, либо любым другим способом нанесения покрытий, включая плазменное или вакуумное осаждение, затем подвергают эту поверхность имплантации ионами Mo с энергией 20 100 кэВ и дозой примерно 10¹⁷ ион/см². Нанесение MoS₂ на покрытие из упомянутых выше сверхтвердых соединений можно производить одновременно с ионной имплантацией Mo за счет любого метода вакуумного осаждения, совместимого с ионной имплантацией, например, за счет электронно-лучевого испарения MoS₂ или ионно-лучевого распыления мишени из MoS₂ пучком ионов Mo.

Пример 1. На поверхность очищенной химическим путем стали X32H8M2 (ЭП527) методом магнетронного распыления наносили слой нитрида титана толщиной 21 мкм, затем эту поверхность натирали порошком MoS₂, излишки порошка удалялись, после чего поверхность подвергали имплантации ионами Mo при энергии ионов 40 кэВ и с дозой облучения примерно 10¹⁷ ион/см². Влияние поверхностной обработки на коэффициент трения и износостойкость образцов из стали Х32Н8М2, испытываемых по схеме сфера плоскость, представлена в таблице; сфера изготовлена из стали ШХ15, температура испытаний 20^oC; сталь Х32Н8М2 термообработана на твердость HRC 50 60.

Как следует из приведенных экспериментальных данных при испытаниях на трение образцов, на поверхность трения которых нанесено покрытие из TiN и проведена последующая имплантация ионов Mo с одновременным нанесением MoS₂, отмечается снижение в 3 4 раза интенсивности изнашивания по сравнению с трением тех же образцов, с нанесенным MoS₂ и имплантированных ионами Mo, но без предварительного покрытия TiN. При этом образцы с предварительно нанесенным покрытием TiN характеризуются высокой стабильностью коэффициента трения по времени.

Подобного положительного эффекта можно достичь при использовании в качестве материала покрытия, осажденного до нанесения MoS₂ и имплантации ионов Mo, и других сверхтвердых соединений тугоплавких металлов IV VI групп периодической системы элементов с N, C, B или Si.

Формула изобретения

Способ снижения трения и износа поверхностей изделий, включающий нанесение на поверхность трения дисульфида молибдена и ионную имплантацию ионов молибдена с энергией 20 100 кэВ и дозой приблизительно 10¹⁷ ион/см², отличающийся тем, что перед нанесением покрытия из дисульфида молибдена и ионной имплантацией ионов молибдена на поверхность трения предварительно наносят покрытие из сверхтвердых соединений одного из тугоплавких металлов IV-VI групп Периодической системы элементов (Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W) с N, C, B или Si, толщиной 1 3 мкм.

РИСУНКИ

Рисунок 1