Mechanické a tribologické vlastnosti tenkých uhlíkových vrstev obsahujících vybrané kovy

Abstract

Uhlíkové vrstvy obsahující různé koncentrace titanu a molybdenu byly nereaktivně deponovány DC magnetronovým naprašováním na nevyhřívaný křemíkový substrát, který byl na plovoucím potenciálu. Struktura povlaků byla určena rentgenovou difrakcí. Uspořádaní amorfního uhlíkové fáze bylo vyšetřováno Ramanovskou spektroskopií. Mechanické vlastnosti byly určeny mikrotvrdoměrem. Tribologické vlastnosti Me-C povlaků byly měřeny tribometrem v konfiguraci ball-on-disk za následujících podmínek: rychlost v=0.05 m/s, celková dráha byla l=1000m ( 53052 otáček) a zatížení kuličky WC L=2 N. Bylo zjištěno že Ti-C a Mo-C povlaky jsou amorfní, pokud je poměr C/Ti nebo C/Mo vyšší než 2,5. V opačném případě, struktura vrstev je nanokrystalická nebo polykrystalická. Hlavním výsledkem je zjištění, že nízká hodnota modifikovanÉHO Youngova modulu E* při určité hodnotě H je důležitá pro přípravu vrstev s nízkým koeficientem tření a malou rychlostí otěru. Vrstvy Ti-C a Mo-C s nízkým E* a tvrdostí H<20 GPa, které splňují podmínky H/E*>0.1 a H3/E*2 je v rozmezí od 0.15 do 0.3, vykazují nejnižší hodnoty ?<0.1 and k~10-7 mm3/Nm. Mo-C povlaky s Mo?10 at.% vykazují nízké hodnoty ?~0.08 and k~10-7 mm3/Nm. Koeficient tření amorfních Ti-C a Mo-C vrstev klesá s rostoucím zatížením L testovací WC kuličky. Nebyla nalezena žádná korelace mezi Ramanovským spektry a tribologickými vlastnostmi Me-C vrstev. Zjištění, že amorfní/nanokrystalická vrstva složená z nanozrn v amorfní matrici vykazuje nízké hodnoty E* vedoucí k H/E *> 0,1 a tedy vysoké elastické vratnosti má vědecký a praktický význam v oblasti vývoje nových samomazných ochranných povlaků, které vykazují vysokou odolnost proti opotřebení a současně vysokou tvrdost a vysokou pevnost.