Гибридная технология осаждения твердых износостойких покрытий, сочетающая процессы электроискрового легирования, катодно-дугового испарения и магнетронного напыления

Предложена оригинальная технология нанесения многослойных покрытий, совмещающая в одном вакуумном технологическом процессе электроискровое легирование (ЭИЛ), импульсное дуговое испарение (ИДИ) и магнетронное распыление (МР). Слои могут наноситься с использованием одного электродного материала при рабочих давлениях от 0,1 Па до атмосферного. Нижний ЭИЛ-слой обеспечивает повышение жесткости основы, идеальную адгезию и относительно большую (до 100 мкм) толщину покрытия. Верхний ИДИ- или МР-слой, толщиной до 10 мкм, определяет высокие механические и трибологические характеристики. Технология осаждения двухслойных ИДИ–ЭИЛ- и МР–ЭИЛ-покрытий апробирована на подложках из конструкционных и инструментальных сталей, титановых сплавов при использовании электродов из твердых сплавов (WC–Co, TiCNiAl) и углерода (малопористого графита).

1. He P., Qian Y.Y., Chang Z.L., Wang. R.J. Adhesion behavior of WC coating deposited on titanium alloy by electrospark deposition. Solid State Phenomena. 2007. Vol. 127. P. 325—330.

2. Johnson R.N., Sheldon G.L. Advances in the electrospark deposition coating process. J. Vac. Sci. Technol. A. 1986. Vol. 4. No. 6. P. 2740—2746.

3. Li C., Chen D., Chen W., Wang L., Luo D. Corrosion behavior of TiZrNiCuBe metallic glass coatings synthesized by electrospark deposition. Corros. Sci. 2014. Vol. 84. P. 96—102.

4. Kumar S., Singh R., Singh T.P., Sethi B.L. Surface modification by electrical discharge machining: A review. J. Mater. Process. Technol. 2009. Vol. 209. P. 3675—3687.

5. Tang J. Mechanical and tribological properties of the TiC—TiB2 composite coating deposited on 40Cr-steel by electrospark deposition. Appl. Surf. Sci. 2016. Vol. 365. P. 202—208.

6. Chen Z., Zhou Y. Surface modification of resistance welding electrode by electro-spark deposited composite coatings. Pt. I. Coating characterization. Surf. Coat. Technol. 2006. Vol. 201. P. 1503—1510.

7. Radek N., Bartkowiak K. Laser treatment of electro-spark coatings deposited in the carbon steel substrate with using nanostructured WC—Cu electrodes. Phys. Procedia. 2012. Vol. 39. P. 295—301.

8. Лазаренко Б.Р., Лазаренко Н.И., Бакал С.З. Некоторые особенности процесса электроискрового легирования металлических поверхностей в вакууме. Электрон. обраб. материалов. 1969. No. 4. С. 27—30.

9. Kornienko L.P., Chernova G.P., Mihailov V.V., Gitlevich A.E. Use of the electrospark alloying method to increase the corrosion resistance of a titanium surface. Surf. Eng. Appl. Electrochem. 2011. Vol. 47. P. 9—17.

10. Mikhailov V.V., Gitlevich A.E., Verkhoturov A.D., Mikhailyuk A.I., Belyakov A.V., Konevtsov L.A. Electrospark alloying of titanium and its alloys: The physical, technological, and practical aspects. Pt. I. The peculiarities of the mass transfer and the structural and phase transformations in the surface layers and their wear and heat resistance. Surf. Eng. Appl. Electrochem. 2013. Vol. 49. P. 373—395.

11. Witke T., Schuelke T., Schultrich B., Siemroth P., Vetter J. Comparison of filtered high-current pulsed arc deposition (ϕ-HCA) with conventional vacuum arc methods. Surf. Coat. Technol. 2000. Vol. 126. P. 81—88.

12. Kiryukhantsev-Korneev Ph.V., Sheveyko A.N., Kuptsov K.A., Novikov A.V., Shtansky D.V. Ti—Cr—B—N coatings prepared by pulsed cathodic-arc evaporation of ceramic TiCrB target produced by SHS. Prot. Met. Phys. Chem. Surf. 2013. Vol. 49. P. 677—681.

13. Urquia E.E.R., Wolke J.G.C., Riet J., Kotnur G.V., Janssen G.C.A.M., Jansen J.A., Beucken J.J.P. Residual stress evaluation within hydroxyapatite coatings of different micrometer thicknesses. Surf. Coat. Technol. 2015. Vol. 266. P. 177—182.

14. Roshanghias A., Khatibi G., Pelzer R., Steinbrenner J. On the effects of thickness on adhesion of TiW diffusion barrier coatings in silicon integrated circuits. Surf. Coat. Technol. 2014. Vol. 259. P. 386—392.

15. Илларионов А.Г., Попов А.А. Технологические и эксплуатационные свойства титановых сплавов. Екатеринбург: Изд-во Уральского ун-та, 2014.

16. Wang R., Qian Y., Liu J. Interface behavior study of WC92—Co8 coating produced by electrospark deposition. Appl. Surf. Sci. 2005. Vol. 240. P. 42—47.

17. Wang R.J., Qian Y.Y., Liu J. Structural and interfacial analysis of WC92—Co8 coating deposited on titanium alloy by electrospark deposition. Appl. Surf. Sci. 2004. Vol. 228. P. 405—409.

18. Levashov E.A., Zamulaeva E.I., Kudryashov A.E., Vakaev P.V., Petrzhik M.I., Sanz A.Materials science and technological aspects of electrospark deposition of nanostructured WC—Co coatings onto titanium substrates. Plasma Process and Polymers. 2007. Vol. 4. P. 293—300.

19. Vreeling J.A., Ocelík V., De Hosson J.T.M. Ti—6Al—4V strengthened by laser melt injection of WCp рarticles. Acta Mater. 2002. Vol. 50. P. 4913—4924.

20. Li L., Liu D., Chen Y., Wang C., Li F. Electron microscopy study of reaction layers between single-crystal WC particle and Ti—6Al—4V after laser melt injection. Acta Mater. 2009. Vol. 57. P. 3606—3614.

21. Cassar G., Matthews A., Leyland A. Triode plasma diffusion treatment of titanium alloys. Surf. Coat. Technol. 2012. Vol. 212. P. 20—31.

22. Wang W., Pelenovich V.O., Yousaf M.I., Yan S., Bin H., Wang Z., Tolstogouzov A.B., Kumar P., Yang B., Fu D.J. Microstructure, mechanical and tribological properties of WC/a-C:H coatings deposited by cathodic arc ion-plating. Vacuum. 2016. Vol. 132. P. 31—39.

23. Halim Kovaci, Ali Fatih Yetim, Özlem Baran, Ayhan Çelik. Tribological behavior of DLC films and duplex ceramic coatings under different sliding conditions. Ceram. Int. 2018. Vol. 44. P. 7151—7158.