Сравнительная оценка триботехнических характеристик твердосмазочных покрытий различных методов нанесения и условий трения применительно к испытаниям в нормальной атмосфере и вакууме

Выполнено сравнение значений относительного износа и антифрикционных характеристик пар трения с твердосмазочным покрытием (ТСП) магнетронного и суспензионного нанесения на основе МоS₂ и комбинированного состава MoS₂/Sb2O₃/Au, работающих по схемам чистого скольжения и реверсивного движения в условиях нормальной атмосферы, сухого азота и вакуума. Установлено, что в условиях нормальной атмосферы при поверхностной температуре трения менее 150 °С наименьший относительный износ имеет ТСП ВНИИ НП 212 суспензионного нанесения при трении скольжения. При температуре трения 150…200  °С относительный износ рассмотренных покрытий одинаковый и составляет (1,8…8,0).10^–7 мм³/(Н.м). Если температура равна или больше 200 °С, то относительный износ ТСП при трении скольжения значительно возрастает. По результатам экспериментов Т.В. Шарфа в условиях вакуума и сухого азота выявлено, что относительный износ ТСП комбинированного состава MoS₂+Sb₂O₃+Au магнетронного нанесения при реверсивном движении в 4,7 раза меньше, чем у ТСП на основе МоS₂. Обнаружено, что для близких по типу и условиям трения ТСП на основе МоS₂ магнетронного нанесения при температуре 51…55 °С и толщине покрытий 1 мкм относительный износ при трении скольжения в экспериментах К. Мисуоки в 7,8 раза меньше, а коэффициент трения в 11,7 раз больше, чем при реверсивном трении в опытах Шарфа.
EDN: FWDWJY, https://elibrary/fwdwjy

Литература

[1] Seynstahl A., Krauß S., Bitzek E. et al. Microstructure, mechanical properties and tribological behavior of magnetron-sputtered MoS2 solid lubricant coatings deposited under industrial conditions. Coatings, 2021, vol. 11, no. 4, art. 455, doi: https://doi.org/10.3390/coatings11040455

[2] Sun X. Solid lubricants for space mechanisms. In: Encyclopedia of tribology. Springer, 2013, pp. 3165–3172, doi: https://doi.org/10.1007/978-0-387-92897-5_1230

[3] Vazirisereshk M.R., Martini A., Strubbe D.A. et al. Solid lubrication with MoS2: a review. Lubricants, 2019, vol. 7, no. 7, art. 57, doi: https://doi.org/10.3390/lubricants7070057

[4] Scharf T.W., Prasad S.V. Solid lubricants: a review. J. Mater. Sci., 2013, vol. 48, no. 2, pp. 511–531, doi: https://doi.org/10.1007/s10853-012-7038-2

[5] Chen Z., He X., Xiao C. et al. Effect of humidity on friction and wear-a critical review. Lubricants, 2018, vol. 6, no. 3, art. 74, doi: https://doi.org/10.3390/lubricants6030074

[6] Martin J.M., Donnet C., Le Mogne T. et al. Superlubricity of molybdenum disulphide. Phys. Rev. B, 1993, vol. 48, no. 14, pp. 10583–10586, doi: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.48.10583

[7] Martin J.M., Pascal H., Donnet C. et al. Superlubricity of MoS2: crystal orientation mechanisms. Surf. Coat. Technol., 1994, vol. 68–69, pp. 427–432, doi: https://doi.org/10.1016/0257-8972(94)90197-x

[8] Donnet C., Martin J.M., Le Mogne T. et al. Super-low friction of MoS2 coatings in various environments. Tribol. Int., 1996, vol. 29, no. 2, pp. 123–128, doi: https://doi.org/10.1016/0301-679X(95)00094-K

[9] Hilton M.R., Fleischauer P.D. TEM lattice imaging of the nanostructure of early-growth sputter-deposited MoS2 solid lubricant films. J. Mater. Res., 1990, vol. 5, no. 2, pp. 406–421, doi: https://doi.org/10.1557/JMR.1990.0406

[10] Scharf T.W., Kotula P.G., Prasad S.V. Friction and wear mechanisms in MoS2/Sb2O3/Au nanocomposite coatings. Acta Materialia, 2010, vol. 58, no. 12, pp. 4100–4109, doi: https://doi.org/10.1016/j.actamat.2010.03.040

[11] Prasad S.V., Dugger M.T., Christenson T.R. et al. LIGA microsystems: surface interactions, tribology, and coatings. J. Manuf. Process., 2004, vol. 6, no. 1, pp. 107–116, doi: https://doi.org/10.1016/S1526-6125(04)70064-X

[12] Prasad S.V., Scharf T.W., Kotula P.G. et al. Application of diamond-like nanocomposite tribological coatings on LIGA microsystem parts. J. Microelectromechanical Syst., 2009, vol. 18, no. 3, pp. 695–704, doi: https://doi.org/10.1109/JMEMS.2009.2016284

[13] Сентюрихина Л.Н., Опарина Е.М. Твердые дисульфидмолибденовые смазки. Москва, Химия, 1966. 152 с.

[14] Teer D.G. Magnetron sputter ion plating. Patent GB 2258343. Заявл. 02.09.1992, опубл. 03.02.1993.

[15] Bellido-Gonzalez V., Jones A.H.S., Hampshire J. et al. Tribological behaviour of high performance MoS2 coatings produced by magnetron sputtering. Surf. Coat. Technol., 1997, vol. 97, no. 1–3, pp. 687–693, doi: https://doi.org/10.1016/S0257-8972(97)00546-X

[16] Хопин П.Н. Прогнозирование триботехнических характеристик фрикционных сопряжений с твердосмазочными покрытиями. Москва, МАИ, 2023. 160 с.

[17] Miyoshi K., Iwaki M., Gotoh K. et al. Friction and wear properties of selected solid lubricating films. NASA/TM-1999-209088. Glenn Research Center, 1999. 30 p.

[18] Хопин П.Н. Оценка работоспособности пар трения с твердосмазочными покрытиями в условиях вакуума на основе термокорреляционных зависимостей. Сборка в машиностроении, приборостроении, 2017, № 7, с. 317–320.

[19] Сентюрихина Л.Н., Рубцова З.С. Инструкция по нанесению твердых смазочных покрытий, содержащих дисульфид молибдена, на поверхности трения. Москва, Химия, 1967. 12 с.

[20] Гамуля Г.Д., Добровольская Г.В., Лебедева И.Л. и др. Об ориентировке частиц МоS2 на поверхности трения твердосмазочных покрытий. Машиноведение, 1978, № 6, с. 70–75.