powderИзвестия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытияPowder Metallurgy аnd Functional Coatings (Izvestiya Vuzov. Poroshkovaya Metallurgiya i Funktsional'nye Pokrytiya)1997-308X2412-8767НИТУ "МИСИС"10.17073/1997-308X-2015-2-66-72powder-120Research ArticleПрименение порошковых материалов и функциональных покрытийApplication of Powder Materials and Functional CoatingsПерспективы применения алмазоподобных покрытий для деталей узлов трения, работающих в коррозионно­абразивной средеProspects of Applying Diamond-Like Coatings for Parts of Friction Units Operating in the Corrosion-Abrasive MediumГилевВ. Г.GilevV. G.

канд. техн. наук, ст. науч. сотрудник НЦ ПМ (614013, г. Пермь, ул. Проф. Поздеева, 6)

kand. tehn. nauk, st. nauch. sotrudnik NC PM (614013, g. Perm', ul. Prof. Pozdeeva, 6).

Xray@pm.pstu.ac.ruНаучный центр порошкового материаловедения (НЦ ПМ) Пермский национальный исследовательский политехнический университетRussian Federation201518062015026672Copyright © НИТУ "МИСИС", 20152015НИТУ "МИСИС"НИТУ "МИСИС"https://powder.misis.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://powder.misis.ru/jour/article/view/120

Обсуждаются проблемы применения алмазоподобных покрытий (АПП) на стальных деталях насосов для нефтедобывающей промышленности. Основной акцент сделан на обзор путей повышения адгезии покрытий, анализ причин разрушения алмазоподобных и других сверхтвердых покрытий в водо- и абразивосодержащей средах. Главная причина разрушения АПП на деталях в водосодержащей среде при абразивном изнашивании – это катастрофическое снижение адгезии при попадании воды на границу подложка–покрытие. Для получения относительно толстых защитных алмазоподобных покрытий необходим поиск путей повышения адгезии и снижения внутренних напряжений. Приведены данные о предельных нагрузках (Lс) при испытаниях АПП царапанием в зависимости от технологии их получения, толщины покрытий, наличия промежуточных слоев, способов подготовки поверхности подложек. Показаны примеры достижения высоких значений Lс за счет применения специальных методов химико-термической обработки стальных подложек

Problems of applying the diamond-like coatings (DLC) on steel parts of pumps for the petroleum industry are discussed. The main accent is made on the review of the ways for increasing the adhesion of coatings and analysis of the causes of destruction of diamond-like and other superhard coatings in water-containing and abrasive-containing media. The main cause of destruction of DLCs on the parts in water-containing media during the abrasive wear is the catastrophic adhesion lowering upon the water ingress on the substrate–coating interface. To fabricate the relatively thick protective DLCs, the search for the ways of increasing adhesion and lowering internal stresses is necessary. The data on limiting loads (Lс) during the tests of DLCs by scratching depending on their fabrication technology, coating thickness, presence of intermediate layers, and preparation techniques of the substrate surface are presented. Examples of attaining high values of Lс due to applying special methods of chemicothermal treatment of steel substrates are shown.

алмазоподобные покрытияадгезиякритическая нагрузка при царапанииdiamond-like coatingsadhesioncritical load under scratchingReferencesXie Y., Llewellyn R.J., Stiles D. // Wear. 2001. Vol. 250. Р. 88—99.Xie Y., Llewellyn R.J., Stiles D. // Wear. 2001. Vol. 250. Р. 88—99.Злобин С.Б., Батраев И.А., Ульяницкий В.Ю., Штерцер А.А. // Упрочняющие технологии и покрытия. 2012. № 5. С. 20—24.Злобин С.Б., Батраев И.А., Ульяницкий В.Ю., Штерцер А.А. // Упрочняющие технологии и покрытия. 2012. № 5. С. 20—24.Лахоткин Ю.В., Кузьмин В.П., Душик В.В., Рыбкина Т.В. // Упрочняющие технологии и покрытия. 2013. № 6. С. 9—15.Лахоткин Ю.В., Кузьмин В.П., Душик В.В., Рыбкина Т.В. // Упрочняющие технологии и покрытия. 2013. № 6. С. 9—15.Наноструктурные покрытия / Под ред. А. Кавалейро, Д. де Хоссона М.: Техносфера, 2011.Наноструктурные покрытия / Под ред. А. Кавалейро, Д. де Хоссона М.: Техносфера, 2011.Lusk D., Gore M., Boardman W. et al. // Diamond and Related Mater. 2008. Vol. 17. Р. 1613—1621.Lusk D., Gore M., Boardman W. et al. // Diamond and Related Mater. 2008. Vol. 17. Р. 1613—1621.Casserly T., Boinapally K., Oppus M. et al. / Investigation of DLC-Si Film Deposited Inside a 304SS Pipe Using a Novel Hollow Cathode Plasma Immersion Ion Processing Method // Proceedings of the Society of Vacuum Coaters: 50-th Annual Technical Conf. Proceedings ( April 28—May 3, 2007). Louisville, KY, 2007. Р. 59—62.Casserly T., Boinapally K., Oppus M. et al. / Investigation of DLC-Si Film Deposited Inside a 304SS Pipe Using a Novel Hollow Cathode Plasma Immersion Ion Processing Method // Proceedings of the Society of Vacuum Coaters: 50-th Annual Technical Conf. Proceedings ( April 28—May 3, 2007). Louisville, KY, 2007. Р. 59—62.URL: https://www.researchgate.net/publication/237296854_A_Novel_Corrosion_and_Abrasion_Resistant_Internal_Coating_Method_with_Improved_Adhesion_Using_Hollow_Cathode_PECVD_Technology. (Дата обращения 15.05.015).URL: https://www.researchgate.net/publication/237296854_A_Novel_Corrosion_and_Abrasion_Resistant_Internal_Coating_Method_with_Improved_Adhesion_Using_Hollow_Cathode_PECVD_Technology. (Дата обращения 15.05.015).Wei R. Plasma Surface Engineering Research at SwRI and its Practical Applications for Extreme Environments // http://www.meeting.edu.cn/meeting/webmedia/jingpin/icse2011/pic/abstract.pdf. (Дата обращения 18.05.15).Wei R. Plasma Surface Engineering Research at SwRI and its Practical Applications for Extreme Environments // http://www.meeting.edu.cn/meeting/webmedia/jingpin/icse2011/pic/abstract.pdf. (Дата обращения 18.05.15).Wei R., Rincon C., Coulter K.E., Miller M. // URL: http://www.swri.org/3pubs/ttoday/Winter11/PDFs/ImprovingSurfaceProperties.pdf. (Дата обращения 08.05.15).Wei R., Rincon C., Coulter K.E., Miller M. // URL: http://www.swri.org/3pubs/ttoday/Winter11/PDFs/ImprovingSurfaceProperties.pdf. (Дата обращения 08.05.15).Fundis M., Knoch H. Diamond-like carbon coatings — tribological possibilities and limitations in applications on sintered silicon carbide bearing and seal face // Proc. 14-th Inter. Pump Users Symp. (September 24—27, 2012). Houston, Texas, 1997. С. 93—98.Fundis M., Knoch H. Diamond-like carbon coatings — tribological possibilities and limitations in applications on sintered silicon carbide bearing and seal face // Proc. 14-th Inter. Pump Users Symp. (September 24—27, 2012). Houston, Texas, 1997. С. 93—98.Xiang Yu, Yang Liu, Lei Ma et al. // Vacuum. 2013. Vol. 94. Р. 53—56.Xiang Yu, Yang Liu, Lei Ma et al. // Vacuum. 2013. Vol. 94. Р. 53—56.Robertson J. // Mater. Sci. Eng. 2002. Vol. 37. Р. 129—281.Robertson J. // Mater. Sci. Eng. 2002. Vol. 37. Р. 129—281.Де Хоссон Д.Т.М., Карвальо Н.Д.М., Пей Ю., Гальван Д. // Наноструктурные покрытия / Под ред. А. Кавалейро, Д. де Хоссона. М.: Техносфера, 2011. С. 182—263.Де Хоссон Д.Т.М., Карвальо Н.Д.М., Пей Ю., Гальван Д. // Наноструктурные покрытия / Под ред. А. Кавалейро, Д. де Хоссона. М.: Техносфера, 2011. С. 182—263.Kouya Oohira. Characteristics and Applications of DLC // URL: http://www.ntn.co.jp/english/products/review/pdf/NTN_TR77_en_p090_095.pdf. (Дата обращения 08.05.15).Kouya Oohira. Characteristics and Applications of DLC // URL: http://www.ntn.co.jp/english/products/review/pdf/NTN_TR77_en_p090_095.pdf. (Дата обращения 08.05.15).Chi-Lung Chang, Da-Yung Wang // Diamond and Related Mater. 2001. Vol. 10. Р. 1528—1534.Chi-Lung Chang, Da-Yung Wang // Diamond and Related Mater. 2001. Vol. 10. Р. 1528—1534.Podgursky V., Torp B., Traksmaa R. et al. // Mater. Sci. (Medziagotyra). 2005. Vol. 11, № 4. Р. 352—355.Podgursky V., Torp B., Traksmaa R. et al. // Mater. Sci. (Medziagotyra). 2005. Vol. 11, № 4. Р. 352—355.Forsich C., Heim D., Dipolt C., Müller T. et al. // Surface Coat. Technol. 2012. Vol. 241, № 1. P. 86—92.Forsich C., Heim D., Dipolt C., Müller T. et al. // Surface Coat. Technol. 2012. Vol. 241, № 1. P. 86—92.Birney R., Placido F. Modified Diamond-Like Carbon Multilayer Coatings on Metallic Substrates Produced by Pulsed-DC Hollow Cathode PECVD // Proceedings of the Society of Vacuum Coaters: 55-th Annual Technical Conference Proceedings (April 28—May 3, 2012 ). Santa Clara, CA, P. 586—592.Birney R., Placido F. Modified Diamond-Like Carbon Multilayer Coatings on Metallic Substrates Produced by Pulsed-DC Hollow Cathode PECVD // Proceedings of the Society of Vacuum Coaters: 55-th Annual Technical Conference Proceedings (April 28—May 3, 2012 ). Santa Clara, CA, P. 586—592.Joost Vlassak. Thin Film Mechanics // URL: http://www.mrsec.harvard.edu/education/ap298r2004/Vlassak%20AP298presentation.pdf. (Дата обращения 15.05.15).Joost Vlassak. Thin Film Mechanics // URL: http://www.mrsec.harvard.edu/education/ap298r2004/Vlassak%20AP298presentation.pdf. (Дата обращения 15.05.15).Ferrari A.C., Rodil S.E., Robertson J., Milne W.I. // Diamond and Related Mater. 2002. Vol. 11. Р. 994—999.Ferrari A.C., Rodil S.E., Robertson J., Milne W.I. // Diamond and Related Mater. 2002. Vol. 11. Р. 994—999.Ferrari A.C., Kleinsorge B., Morrison N.A. et al. // J. Appl. Phys. 1999. Vol. 85, № 10. Р. 7191—7197.Ferrari A.C., Kleinsorge B., Morrison N.A. et al. // J. Appl. Phys. 1999. Vol. 85, № 10. Р. 7191—7197.Овидько И.А. Наноструктурные покрытия / Под ред. А. Кавалейро, Д. де Хоссона. М.: Техносфера, 2011. С. 108—140.Овидько И.А. Наноструктурные покрытия / Под ред. А. Кавалейро, Д. де Хоссона. М.: Техносфера, 2011. С. 108—140.Polok-Rubiniec M., Dobrzański L.A., Adamiak M. // J. Achievements in Mater. and Manufact. Eng. 2007. Vol. 20, № 1-2. Р. 279—282.Polok-Rubiniec M., Dobrzański L.A., Adamiak M. // J. Achievements in Mater. and Manufact. Eng. 2007. Vol. 20, № 1-2. Р. 279—282.Benkahoul M., Robin P., Martinu L., Klemberg-Sapieha J.E. // Surface Coat. Technol. 2009. Vol. 203. Р. 934—940.Benkahoul M., Robin P., Martinu L., Klemberg-Sapieha J.E. // Surface Coat. Technol. 2009. Vol. 203. Р. 934—940.Bemporad E., Sebastiani M., Casadei F., Carassiti F. // Surface Coat. Technol. 2007. Vol. 201. Р. 7652—7662.Bemporad E., Sebastiani M., Casadei F., Carassiti F. // Surface Coat. Technol. 2007. Vol. 201. Р. 7652—7662.Forsich C., Heim D., Mueller T. // Surface Coat. Technol. 2008. Vol. 203. Р. 521—525.Forsich C., Heim D., Mueller T. // Surface Coat. Technol. 2008. Vol. 203. Р. 521—525.Silva W.M., Trava-Airoldi V.J., Chung Y.W. // Surface Coat. Technol. 2011. Vol. 205. Р. 3703—3707.Silva W.M., Trava-Airoldi V.J., Chung Y.W. // Surface Coat. Technol. 2011. Vol. 205. Р. 3703—3707.Tsugawa K., Kawaki S., Ishihara M., Hasegaway M. // Jap. J. Appl. Phys. 2012. Vol. 51. Р. 090122 1—6.Tsugawa K., Kawaki S., Ishihara M., Hasegaway M. // Jap. J. Appl. Phys. 2012. Vol. 51. Р. 090122 1—6.Pang X., Volinsky A.A., Gao K. Water Effects on Adhesion and Wear Resistance of Chromium Oxide Coatings // URL: http://eng.usf.edu/~volinsky/PangNACE08.pdf. (Дата обращения 15.05.15).Pang X., Volinsky A.A., Gao K. Water Effects on Adhesion and Wear Resistance of Chromium Oxide Coatings // URL: http://eng.usf.edu/~volinsky/PangNACE08.pdf. (Дата обращения 15.05.15).Volinsky A.A., Waters P. Novel adhesion test for environmentally assisted fracture in thin films // URL: http://www.dtic.mil/dtic/tr/fulltext/u2/a456175.pdf. (Дата обращения 15.05.15).Volinsky A.A., Waters P. Novel adhesion test for environmentally assisted fracture in thin films // URL: http://www.dtic.mil/dtic/tr/fulltext/u2/a456175.pdf. (Дата обращения 15.05.15).Drees D., Celis J.-P. Tribocorrosion – Combined effects of wear and corrosion in aqueous environments // URL: http://www.irg-woem.org/pdfs/15.pdf. (Дата обращения 15.05.15).Drees D., Celis J.-P. Tribocorrosion – Combined effects of wear and corrosion in aqueous environments // URL: http://www.irg-woem.org/pdfs/15.pdf. (Дата обращения 15.05.15).Jin Woo Yi, Se Jun Park, Myoung-Woon Moon et al. // Appl. Surface Sci. 2009. Vol. 255. Р. 7005—7011.Jin Woo Yi, Se Jun Park, Myoung-Woon Moon et al. // Appl. Surface Sci. 2009. Vol. 255. Р. 7005—7011.Ronkainen H., Varjus S., Holmberg K. // Wear. 2001. Vol. 249. Р. 267—271.Ronkainen H., Varjus S., Holmberg K. // Wear. 2001. Vol. 249. Р. 267—271.Haque T., Ertas D., Ozekcin A. et al. // Wear. 2013. Vol. 302, № 1—2. Р. 882—889.Haque T., Ertas D., Ozekcin A. et al. // Wear. 2013. Vol. 302, № 1—2. Р. 882—889.Luca Nobili, Luca Magagnin // Trans. Nonferrous Metal. Soc. China. 2009. Vol. 19. Р. 810—813.Luca Nobili, Luca Magagnin // Trans. Nonferrous Metal. Soc. China. 2009. Vol. 19. Р. 810—813.Wu X., Ohana T., Nakamura T., Tanaka A. // Wear. 2010. Vol. 268, № 1—2. Р. 290—334.Wu X., Ohana T., Nakamura T., Tanaka A. // Wear. 2010. Vol. 268, № 1—2. Р. 290—334.Pang X., Yang H., Gao K. et al. // Thin Solid Films. 2011. Vol. 519. Р. 5353—5357.Pang X., Yang H., Gao K. et al. // Thin Solid Films. 2011. Vol. 519. Р. 5353—5357.Pang X., Yang H., Shi S. et al. // J. Mater. Res. 2010. Vol. 25, № 11. P. 2159—2165.Pang X., Yang H., Shi S. et al. // J. Mater. Res. 2010. Vol. 25, № 11. P. 2159—2165.Zhang S., Lam Bui X., Fu Y. et al. // Diamond and Related Mater. 2004. Vol. 13. Р. 867—871.Zhang S., Lam Bui X., Fu Y. et al. // Diamond and Related Mater. 2004. Vol. 13. Р. 867—871.Zhi-qiang Fu, Cheng-biao Wang, Wei Zhang et al. // Mater. Design. 2013. Vol. 51. Р. 775—779.Zhi-qiang Fu, Cheng-biao Wang, Wei Zhang et al. // Mater. Design. 2013. Vol. 51. Р. 775—779.Wen Yue, Song Wang, Zhiqiang Fu et al. // Surface Coatings Technol. 2013. Vol. 218. Р. 47—56.Wen Yue, Song Wang, Zhiqiang Fu et al. // Surface Coatings Technol. 2013. Vol. 218. Р. 47—56.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.