Контроль трибологических характеристик износостойких покрытий AlCrBN методом наноскретчтестирования

В последние годы всё чаще применяют высокоточные зондовые методы для контроля микроструктуры поверхности, механических и трибологических свойств покрытий вместо стандартных методов. Целью работы было исследование трибологических характеристик износостойких покрытий (на примере покрытий AlCrBN, осаждённых при изменении давления азота, напряжения смещения на подложке и тока катода) на микрои наноуровне с применением метода наноскретчтестирования (наноцарапания). Метод наноскретчтестирования является нестандартным методом трибоиспытаний износостойких покрытий и основан на возвратнопоступательном движении по поверхности (под определённой нагрузкой) сферического алмазного индентора с радиусом закругления 226 нм. Установлено, что коэффициент трения снижается c 0,087 до 0,036 у покрытий, осаждённых при увеличении давлении с 2 до 5 Па. При изменении напряжения смещения на подложке с -50 до -150 V коэффициент трения уменьшается с 0,077 до 0,041, при изменении величины тока катода с 80 до 100 А коэффициент трения практически не меняется. Применение такого метода позволило провести многоцикловое трибоиспытание покрытий AlCrBN, определить средние значения коэффициента трения, а также полностью исключить влияние микрочастиц (характерных дефектов для покрытий, осаждённых катоднодуговым методом) на измерения. Таким образом показана эффективность наноскретчтестирования (наноцарапания) как метода контроля износостойких покрытий.

1. Tritremmel C, Daniel R, Lechthaler M, Rudigier H, Polcik P, Mitterer C. Microstructure and mechanical properties of nanocrystalline Al‐Cr‐B‐N thin films. Surf. Coat. Technol. 2012;213:1–7. doi: 10.1016/j.surfcoat.2012.09.055

2. Kumar S, Maity SR, Patnaik L. Friction and tribological behavior of bare nitrided, TiAlN and AlCrN coated MDC‐K hot work tool steel.Ceram. Int. 2020;(46):1728017294. DOI: 10.1016/j.ceramint.2020.04.015

3. Kuznetsova T. [et al.]. Effect of metallic or nonmetallic element addition on surface topography and mechanical properties of CrN coatings. MDPI Nanomaterials. 2020;(10):2361. DOI: 10.3390/nano10122361

4. Alexey Vereschaka, Filipp Milovich, Nikolay Andreev, Catherine Sotova, Islam Alexandrov, Alexander Muranov, Maxim Mikhailov, Aslan Tatarkanov. Investigation of the structure and phase composition of the microdroplets formed during the deposition of PVD coatings. Surface & Coatings Technology. 2022;(441):128574 DOI: 10.1016/j.surfcoat.2022.128574

5. Yin-Yu Chang, Chung-En Chang Mechanical properties and tribological performance of multilayered AlCrBN/AlTiBN coatings Surface and Coatings Technology. 2025;(496):131691.

6. Yin-Yu Chang, Cheng-Hsi Chung, Zong-Hong Tsai, Jun-Ming TsaiTribological and mechanical properties of AlCrBN hard coating deposited using cathodic arc evaporation Surface and Coatings Technology. 2022;(432):128097.

7. Tritremmel C, Daniel R, Rudigier H, Polcik P, Mitterer C. Mechanical and tribological properties of Al-Ti-N/Al-Cr-B-N multilayer films synthesized by cathodic arc evaporation Surface and Coatings Technology. 2014;(246):57-63.

8. Grigoriev S. [et al.]. Specific features of the structure and properties of arc-PVD coatings depending on the spatial arrangement of the sample in the chamber. Vacuum. 2022;(200):111047. doi: 10.1016/j.vacuum.2022.111047

9. Sheikh Haris Mukhtar, Wani MF, Rakesh Sehgal, Sharma MD. 108017Nano-mechanical and nano-tribological characterisation of self-lubricating MoS2 nanostructured coating for space applications. Tribology International. 2023;(178): Part A.

10. Behzad Sadeghi, Pasquale Cavaliere, Ali Shabani, Catalin Iulian Pruncu and Luciano Lamberti. Nanoscale wear: A critical review on its measuring methods and parameters affecting nano-tribology. Proc IMechE Part J: J Engineering Tribology 1–31 IMechE 2023. doi: 10.1177/13506501231207525

11. Kuznetsova T. [et al.]. Features of wear of DLC-Si coating under microcontact conditions during the formation of secondary structures, Compos. Struct. 2023;(316):117039. doi: 10.1016/J.COMPSTRUCT.2023.117039

12. Warcholinski B, Gilewicz A, Myslinski P, Dobruchowska E, Murzynski D, Kochmanski P, Rokosz K, Raaen S. Effect of nitrogen pressure and substrate bias voltage on the properties of Al–Cr–B–N coatings deposited using cathodic arc evaporation, Tribol. Int. 2021;(154):106744. doi: 10.1016/j.triboint.2020.106744