Влияние инновационного многослойного ионно-плазменного покрытия CrAlSiN/Cr на износостойкость многодисковой фрикционной муфты путевой машины в северных условиях эксплуатации

Рассмотрена необходимость повышения надежности и долговечности соединительных муфт, применяемых в путевых машинах — погрузочно-транспортных грузовых мотовозах МПТГ-3 и роторных снегоочистителях «Ураган», эксплуатируемых в условиях критически низких температур северных регионов нашей страны. Применение ранее устанавливаемых зарубежных упругих муфт с эластичными элементами является неактуальным ввиду их плохой адаптации к работе в регионах Крайнего севера, где температура может опускаться до –60 °С. В таких условиях их эффективность снижается, а резинотехнические компоненты преждевременно выходят из строя, что может привести к сбоям в работе путевой машины. В качестве замены зарубежной эластичной муфте разработана перспективная отечественная многодисковая фрикционная муфта с двумя каскадами усиления. Для повышения ресурса ее первого каскада предложено использовать вакуумное многослойное покрытие CrAlSiN/Cr во фрикционном контакте между нагружаемыми элементами с фрикционными поверхностями и телами качения сферической формы. Предлагаемое покрытие получено вакуумно-дуговым методом осаждения на стальных подложках 40ХН. Показано, что оно обладает высокой твердостью и благоприятным сочетание индексов упругости H/E и пластичности Н3/Е2 с низкой интенсивностью износа при комнатной и отрицательной температурах.
EDN: LYDOPL, https://elibrary/lydopl

Литература

[1] Поляков В.С., ред. Справочник по муфтам. Ленинград, Машиностроение, 1979. 343 с.

[2] Highly flexible couplings. voith.com: веб-сайт. URL: https://voith.com/corp-en/highly-flexible-couplings.html (дата обращения: 05.01.2026).

[3] Hristov H., Tenev S., Mehmedov I. A study of the dynamic stiffness of flexible couplings with a rubber–metal element type SEGME. Eng. Proc., 2024, vol. 60, no. 1, art. 26, doi: https://doi.org/10.3390/engproc2024060026

[4] Озябкин А.Л., Санамян Г.В. Диагностика фрикционно-механической системы шлицевого соединения трансмиссии. Сборка в машиностроении, приборостроении. Инновационное машиностроение, 2025, № 7, с. 306–310.

[5] Шаповалов В.В., Сладковски А., Эркенов А.Ч. Актуальные задачи современной триботехники и пути их решения. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2015, № 1, с. 64–75, doi: http://dx.doi.org/10.18698/0536-1044-2015-1-64-75

[6] Fan Q., Zhang S., Lin J. et al. Microstructure, mechanical and tribological properties of gradient CrAlSiN coatings deposited by magnetron sputtering and arc ion plating technology. Thin Solid Films, 2022, vol. 760, art. 139490, doi: https://doi.org/10.1016/j.tsf.2022.139490

[7] Tritremmel C., Daniel R., Lechthaler M. et al. Influence of Al and Si content on structure and mechanical properties of arc evaporated Al–Cr–Si–N thin films. Thin Solid Films, 2013, vol. 534, pp. 403–409, doi: https://doi.org/10.1016/j.tsf.2013.03.017

[8] Yuan Z., Han Y., Zang S. et al. Analysis of the mechanical properties of TiN/Ti multilayer coatings using indentation under a broad load range. Ceram. Int., 2021, vol. 47, no. 8, pp. 10796–10808, doi: https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.12.196

[9] Kovalev A.I., Vakhrushev V.O., Beake B.D. et al. Damage accumulation phenomena in multilayer (TiAlCrSiY)N/(TiAlCr)N, monolayer (TiAlCrSiY)N coatings and silicon upon deformation by cyclic nanoindentation. Nanomaterials, 2022, vol. 12, no. 8, art. 1312, doi: https://doi.org/10.3390/nano12081312

[10] Sui X., Li G., Jiang C. et al. Improved toughness of layered architecture TiAlN/CrN coatings for titanium high speed cutting. Ceram. Int., 2018, vol. 44, no. 5, pp. 5629–5635, doi: https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2017.12.210

[11] Pogrebnjak A.D., Kravchenko Y.O., Bondar O.V. et al. Structural features and tribological properties of multilayer coatings based on refractory metals. Prot. Met. Phys. Chem. Surf., 2018, vol. 54, no. 2, pp. 240–258, doi: https://doi.org/10.1134/S2070205118020107

[12] Teles V.C., de Mello J.D.B., da Silva W.M. Abrasive wear of multilayered/gradient CrAlSiN PVD coatings: effect of interface roughness and of superficial flaws. Wear, 2017, vol. 376–377, part B, pp. 1691–1701, doi: https://doi.org/10.1016/j.wear.2017.01.116

[13] Bobzin K., Br?gelmann T., Kruppe N.C., Carlet M. Investigation on the incorporation of oxygen and thermal stability of HPPMS TiAlCrSiON nanolayer coatings, Surface and Coatings Technology, 2021, vol. 418, p. 127231, doi: 10.1016/j.surfcoat.2021.127231

[14] Kolesnikov V.I., Kudryakov O.V., Varavka V.N. et al. Structural-phase state and properties of Cr-Al-Si-N coatings obtained by vacuum arc plasma deposition. Phys. Mesomech., 2023, vol. 26, no. 2, pp. 126–136, doi: https://doi.org/10.1134/S1029959923020029

[15] Шаповалов В.В., Саямова Т.Л., Горин С.Л. и др. Разработка фрикционной многодисковой соединительной муфты для передвижных электростанций. Вестник РГУПС, 2024, № 4, с. 60–69, doi: https://doi.org/10.46973/0201–727X_2024_4_60

[16] Shapovalov V.V., Shcherbak P.N., Kharlamov P.V. et al. Improving the energy efficiency of power transmissions of a rolling stock on the basis of dynamic anisotropy of frictional contact. E3S Web Conf., 2019, vol. 104, art. 01002, doi: https://doi.org/10.1051/e3sconf/201910401002

[17] Бухарин Н.А., Прозоров В.С., Щукин М.М. Автомобили. Конструкция, нагрузочные режимы, рабочие процессы, прочность агрегатов автомобиля. Ленинград, Машиностроение, 1973. 504 с.

[18] Щербак П.Н., Кульбикаян Р.В. Физико-математическое моделирование фрикционной пары «колесо–рельс» в условиях граничного трения. Транспорт: наука, образование, производство. Тр. межд. науч.-практ. конф. Т. 1. Ростов-на-Дону, РГУПС, 2023, с. 332–335.

[19] Мукутадзе М.А., Опацких А.Н., Озябкин А.Л. и др. Оценка коэффициента трения модифицированной конструкции радиального подшипника скольжения. Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Технические науки, 2024, № 4, с. 72–80, doi: https://doi.org/10.17213/1560-3644-2024-4-72-80

[20] Головин Ю.И. Наноиндентирование и его возможности. Москва, Машиностроение, 2009. 312 с.

[21] ГОСТ Р 8.748–2011. Металлы и сплавы. Измерение твердости при инструментальном индентировании. Ч. 1. Метод испытаний. Москва, Стандартинформ, 2013. 28 с.

[22] ГОСТ Р 50779.25–2005. Статистические методы. Статистическое представление данных. Мощность тестов для средних и дисперсий. Москва, Стандартинформ, 2006.

[23] ГОСТ Р ИСО 16269-4–2017. Статистические методы. Представление данных. Ч. 4. Выявление и обработка выбросов. Москва, Стандартинформ, 2018. 48 с.

[24] DIN 50324–1992. Tribology; testing of friction and wear (ball-on-disc). Berlin, Deutsches Institut f?r Normung, 1992. 15 p.

[25] ASTM G99–17. Standard test method for wear testing with a pin-on-disk apparatus. West Conshohocken, ASTM International, 2017. 9 p

[26] Мотренко П.П., Колесников В.И., Сычев И.Б. и др. Устройство для испытаний материалов на износ и трение. Патент РФ 2825725. Заявл. 16.04.2024, опубл. 28.08.2024.

[27] Политыко К.Н., Колесников И.В., Мантуров Д.С. Анализ технологий нанесения высокоэнтропийных покрытий методом физического осаждения. Advanced Engineering Research, 2024, т. 24, № 4, с. 369–391, doi: https://doi.org/10.23947/2687-1653-2024-24-4-369-391

[28] Константинов С.В., Комаров Ф.Ф., Чижов И.В. и др. Структура и микромеханические свойства покрытий TiAlSiN, TiAlSiCN, сформированных методом реактивного магнетронного распыления. Весці НАН Беларусі. Сер. фіз.-мат. навук, 2023, т. 59, № 3, с. 241–252, doi: https://doi.org/10.29235/1561-2430-2023-59-3-241-252

[29] Ye Y., Liu Z., Liu W. et al. Effect of interlayer design on friction and wear behaviors of CrAlSiN coating under high load in seawater. RSC Advю, 2018, vol. 8, no. 10, pp. 5596–5607, doi: https://doi.org/10.1039/c7ra12409k

[30] Maksakova O.V., Pogrebnjak O.D., Beresnev V.M. Features of investigations of multilayer nitride coatings based on Cr and Zr. Prog. Phys. Met., 2018, vol. 19, no. 1, pp. 25–48, doi: https://doi.org/10.15407/ufm.19.01.025

[31] Терюкалова Н.В., Новицкая О.С., Сизова О.В. Микроструктура и триботехнические свойства многослойных ионно-плазменных покрытий покрытий CrN–TiN. Международный научно-исследовательский журнал, 2021, № 12-1, с. 81–85, doi: https://doi.org/10.23670/IRJ.2021.114.12.011

[32] Криони Н.К., Рамазанов К.Н., Мингажева А.А. и др. Влияние ионно-имплантационной активации сталей 40Х и 40ХН на свойства азотированного слоя. Упрочняющие технологии и покрытия, 2025, т. 21, № 3, с. 120–123, doi: https://doi.org/10.36652/1813-1336-2025-21-3-120-123

[33] Сидашов А.В., Бойко М.В., Козаков А.Т. и др. Исследование свойств покрытий CrAlSiN спектроскопическими методами. Вестник машиностроения, 2022, № 2, с. 60–64, doi: https://doi.org/10.36652/0042-4633-2022-2-60-64

[34] Севальнев Г.С., Нефедкин Д.Ю., Дульнев К.В. и др. Исследование характеристик мартенситостареющей стали при триботехническом нагружении. Труды ВИАМ, 2024, № 10, с. 3–12, doi: https://doi.org/10.18577/2307-6046-2024-0-10-3-12