Двуслойное углеродсодержащее покрытие

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Учреждение образования Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины(72) Авторы Рогачев Александр Владимирович ЧЖОУ БИН ДЖАНГ СЯНЬ ХУН Руденков Александр Сергеевич Федосенко Николай Николаевич(73) Патентообладатель Учреждение образования Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины(57) 1. Двухслойное углеродсодержащее покрытие, содержащее промежуточный слой и внешний углеродсодержащий слой, отличающееся тем, что промежуточный слой выполнен из титана, при этом толщина слоя составляет 10-30 нм. 2. Двухслойное углеродсодержащее покрытие по п. 1, отличающееся тем, что уровень внутренних напряжений двухслойного углеродсодержащего покрытия не превышает 1,25 ГПа. Полезная модель относится к упрочняющему углеродсодержащему слоистому покрытию, сформированному вакуумным осаждением на поверхности изделия, предназначенному для увеличения износостойкости и физико-механических свойств, и может найти применение в машиностроении. К поверхностям, испытывающим большие нагрузки, предъявляются особые требования, в числе которых высокие значения предела твердости поверхностных слоев, стойкость к действию высоких контактных статических и динамических нагрузок, низкий коэффициент трения и высокая износостойкость. 99122014.02.28 Указанные требования могут быть достигнуты при использовании рабочих поверхностей изделий с осажденными на них упрочняющими слоистыми покрытиями. Известно двухслойное углеродсодержащее покрытие, включающее промежуточный слой и внешний углеродсодержащий слой 1. Кроме того, промежуточный слой представляет собой азотированный слой, содержащий переходный слой из карбонитридов железа и легирующих элементов толщиной 0,050,1 мкм, при этом глубина азотированного слоя составляет 2-20 мкм. Недостатком известной полезной модели является наличие достаточно резкой границы в значениях твердости покрытия и материала самого изделия, что является причиной разрушения поверхностного слоя при трении. Наиболее близким к заявляемой полезной модели является модель двухслойного углеродсодержащего покрытия, содержащая промежуточный слой и внешний углеродсодержащий слой, описанная в примере осуществления способа формирования углеродного покрытия в вакууме 2. Кроме того, промежуточный слой выполнен из карбидообразующего металла, толщина которого составляет 150 нм. Недостатком известной полезной модели является то, что указанная толщина промежуточного слоя снижает каталитическое влияние титана на образование 3 фазы во внешнем углеродсодержащем слое, наличие которой определяет твердость и износостойкость покрытия. Известная полезная модель не может быть использована в качестве покрытия, к которому предъявляются особые требования, в числе которых высокие значения предела упругости, твердости поверхностных слоев, стойкость к действию высоких контактных статических и динамических нагрузок, низкий коэффициент трения и высокая износостойкость контактных поверхностей. Техническая задача, решаемая заявляемой полезной моделью, заключается в оптимизации характеристик двухслойного углеродсодержащего покрытия и усовершенствовании слоистой системы, обеспечивающей высокий уровень адгезионных и физикомеханических свойств. Технический результат, достигаемый полезной моделью, заключается в увеличении соотношения содержания 3 фазы к 2 в составе внешнего углеродсо дерщего слоядо 0,5 (данные получены методом спектроскопии комбинационного рас сеяния, гдеи- интенсивности спектров для 3 и 2 фазы соответственно) в снижении расхода материала при формировании промежуточного слоя с одновременным достижением высокого уровня микротвердости и износостойкости двухслойного углеродсодержащего покрытия в целом в экономии энергоресурсов. Указанный технический результат достигается тем, что в двухслойном углеродсодержащем покрытии, содержащем промежуточный слой и внешний углеродсодержащий слой, согласно полезной модели промежуточный слой выполнен из титана, при этом толщина слоя составляет 10-30 нм. Кроме того, уровень внутренних напряжений двухслойного углеродсодержащего покрытия не превышает 1,25 ГПа. Промежуточный слой такой толщины способствует повышению каталитической активности титана, приводящей к увеличению содержания 3 фазы во внешнем слое, что в свою очередь определяет высокий уровень микротвердости (16-17 ГПа), износостойкости покрытия, низкие значения внутренних напряжений (не более 1,25 ГПа). Кроме того, в отличие от прототипа заявляемое двухслойное углеродсодержащее покрытие отличается структурой и параметрами, характеризующими покрытие. 2 99122014.02.28 В прототипе промежуточный слой выполнен из карбидообразующего металла, толщина которого составляет 150 нм. В заявляемой полезной модели промежуточный слой из карбидообразующего металла слой титана, толщина которого составляет 10-30 нм. При такой толщине слой титана оказывает более сильное каталитическое влияние на образование 3 фазы, наличие которой определяет твердость и износостойкость покрытия. Заявляемое двухслойное углеродсодержащее покрытие включает промежуточный слой титана, сформированный электродуговым испарением с сепарацией плазменного потока магнитным полем. В результате образуется промежуточный слой. Экспериментально установлено, что толщина указанного слоя должна составлять 10-30 нм. Затем из импульсной катодной плазмы наносят внешний углеродсодержащий слой покрытия толщиной 0,1-0,5 мкм. В результате химического взаимодействия элементов предыдущего слоя с углеродным покрытием образуется переходный слой карбида титана. Толщина промежуточного слоя менее 10 нм не обеспечивает уровень внутренних напряжений менее 1,25 ГПа. При толщине промежуточного слоя более 30 нм каталитическая активность титана недостаточна для достижения необходимого соотношения 3 фазы к 2 в составе внешнего углеродсодерщего слоя, что в свою очередь отрицательно влияет на микротвердость и износостойкость рабочей поверхности изделия. Промежуточный слой из титана уменьшает градиент механических свойств между основой и углеродным алмазоподобным слоем и, как следствие, обеспечивает твердость упрочняющей слоистой системы 16-17 ГПа, а уровень внутренних напряжений в упрочняющей слоистой системе не превышает 1,25 ГПа. В результате повышаются механические свойства и износостойкость рабочей поверхности. Оптимизация толщины промежуточного слоя позволяет за счет более высокой каталитической активности увеличить содержание 3 фазы в составе внешнего углеродсодержащего слоя, снизить расход титана и обеспечить экономию энергоресурсов. Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги,характеризующиеся совокупностью признаков, тождественной всем признакам заявляемого двуслойного углеродсодержащего покрытия, отсутствуют. Следовательно, заявляемая полезная модель соответствует условию патентоспособности новизна. Заявляемая полезная модель двухслойного углеродсодержащего покрытия является промышленно применимой, так как в случае ее реализации с помощью технических средств, известных в данной области техники, возможна реализация указанной области применения. На фигуре схематически изображено заявляемое двуслойное углеродсодержащее покрытие. Заявляемое двухслойное углеродсодержащее покрытие содержит внешний углеродсодержащий слой 1 и промежуточный слой титана 2. Рабочая поверхность изделия, выполненная из стали или кремния, на которую осаждают двухслойное углеродное покрытие, обозначена цифрой 3. Полезная модель двухслойного углеродсодержащего покрытия работает следующим образом. Внешний твердый углеродсодержащий слой 1 воспринимает контактную нагрузку в локальных участках и передает ее рабочей поверхности изделия 3 более распределенной. Промежуточный слой титана 2 обеспечивает высокую прочность адгезионного соединения с рабочей поверхностью изделия 3. 99122014.02.28 Заявляемая полезная модель двухслойного углеродсодержащего покрытия характеризуется высоким содержанием 3 фазы во внешнем слое за счет высокой каталитической активности промежуточного слоя титана, обеспечивает снижение расхода материала при формировании промежуточного слоя с одновременным достижением высокого уровня микротвердости и износостойкости. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4