Structure and mechanisms of deformation and destruction of hard coatings under conditions of sliding friction interaction | Izvestiya vuzov. Fizika. 2019. № 8. DOI: 10.17223/00213411/62/8/52

Structure and mechanisms of deformation and destruction of hard coatings under conditions of sliding friction interaction

The paper considers the current state of the problem of choosing methods for surface hardening of metallic materials aimed to ensuring advanced tribological characteristics of friction joints. The methods of the surface modification of metals and a formation of wear-resistant coatings are analyzed. The information on the macro- and microstructure of coatings obtained by ion beam doping, chemical heat treatment, vapor and gas deposition of coatings by PVD and CVD technique is considered. The data on the wear characteristics of modified layers obtained by various techniques under dry and boundary friction conditions are presented.

Download file

Counter downloads: 139

Keywords

разрушение, деформирование, трение, изнашивание, износостойкие покрытия, ионно-лучевое легирование, химико-термическая обработка, микроструктура, destruction, deformation. friction, wearing, wear-resistant coatings, ion-beam doping, termochemical treatment, microstructure

Authors

Name	Organization	E-mail
Kolubaev A.	Institute of Strength Physics and Materials Science of SB RAS	kav@ispms.ru
Byeli A.	Minsk, Republic of Belarus	vmo@tut.by
Buyanovskii I.	Moscow, Russia	buyan37@mail.ru
Kolubaev E.	Institute of Strength Physics and Materials Science of SB RAS	eak@ispms.tsc.ru
Kukareko V.	Minsk, Republic of Belarus	v_kukareko@mail.ru
Sizova O.	Institute of Strength Physics and Materials Science of SB RAS	ovs@ispms.ru
Khrushchov M.	Moscow, Russia	michel_x@mail.ru

Всего: 7

References

Марченко Е.А. О природе разрушения металлов при трении. - М., 1979. - 358 с.

Coatings Technology Handbook. - Third Edition / ed. Arthur Tracton A. - Boca Raton; London; New York; Singapore: Taylor & Francis Group, 2006. - 828 p.

Bayer R.G. Mechanical Wear. Fundamentals and Testing. - Second Edition, Revised and Expanded. - N.Y.: Marcel Dekker, Inc., 2004. - 395 p.

Алехин В.П. Физика прочности и пластичности поверхностных слоев материалов. - М., 1983. - 280 с.

Белый А.В., Карпенко Г.Д., Мышкин Н.К. Структура и методы формирования износостойких поверхностных слоев. - М., 1991. - 158 с.

Surface Modification and Mechanisms: Friction, Stress, and Reaction Engineering / eds. G.E. Totten and H. Liang. - CRC Press: Taylor & Francis Group, 2004. - 800 p.

Fildes J.M., Meyers S.J., Mulligan C.P., and Kilaparti R. // Wear. - 2013. - V. 302. - Iss. 1-2. - P. 1040-1049.

Wu L., Guo X., and Zhang J. // Lubricants. - 2014. - Iss. 2. - P. 66-89.

Holmberg K. and Matthews A. // Modern Tribology Handbook / ed. B. Bhushan. - N.Y.: CRC Press, 2001. - P. 827-870.

Erdemir A. and Donnet C. // Materials, Mechanisms and Practice / ed. G.W. Stachowiak. Tribology in Practice Series. - Chichester, UK: John Wiley & Sons, 2005. - P. 191-222.

Chen Z. and Etsion I. // Tribol. Int. - 2019. - V. 134. - P. 435-442.

Gutierrez-Noda L., Cuao-Moreu C.A., Perez-Acosta O., et al. // Wear. - 2019. - Iss. 426- 427. - P. 1667-1671.

Kostetskii B.I. // Strength Mater. - 1981. - V. 13. - Iss. 3. - P. 359-368

Alajmi M. and Shalwan A. // Materials. - 2015. - V. 8. - P. 4162-4175.

Miyoshi K. // Surf. Coat. Technol. - 1990. - V. 43-44. - Part 2. - P. 799-812.

Xu X., Su F., and Li Z. // Wear. - 2019. - V. 430-431. - P. 67-75.

Lorenzo-Martin C., Ajayi O.O., Hartman K., et al. // Wear. - 2019. - V. 426-427. - Part A. - P. 219-227.

Ge F., Zhou X., Meng F., et al. // Tribol. Int. - 2016. - V. 99. - P. 140-150.

Totolin V., Ripoll M.R., Jech M., and Podgornik B. // Tribol. Int. - 2016. - V. 94. - P. 269- 278.

Zhu S., Cheng J., Qiao Z., and Yang J. // Tribol. Int. - 2015. - V. 81. - P. 97-104.

Roberts W.H. // Tribol. Trans. - 1965. - V. 8. - Iss. 2. - P. 109-122.

Haseeb A.S.M.A., Albers U., and Bade K. // Wear. - 2008. - V. 264. - Iss. 1-2. - P. 106-1124.

Petkov V., Tashev P., Gidikova N., et al. // J. Balkan Tribol. Associat. - 2015. - V. 21. - No. 1. - P. 134-140.

Белый А.В., Кукареко В.А., Рубцов В.Е., Колубаев А.В. // Физич. мезомех. - 2002. - Т. 5. - № 1. - С. 51-57.

Макаров А.В. Повышение износостойкости сплавов железа за счет создания метастабильных и нанокристаллических структур: автореф. дис. … д.т.н. - Челябинск, 2009. - 48 с.

Ригни Д.А. Трибология. Исследования и приложения: Опыт США и стран СНГ. - М., 1993. - С. 52-66.

Комаров Ф.Ф., Константинов С.В., Погребняк Ф.Д. // Доклады НАН Беларуси. - 2015. - T. 59. - С. 24-30.

Иванов Ю.Ф., Колубаева Ю.А., Овчаренко В.Е. // Известия Томского политехнического университета. - 2008. - T. 313. - № 3. - С. 93-96.

Белый А.В., Карпович А.Н., Ковальчук Е.В., Тявловский Е.В. // Весцi НАН Беларусi. Сер. фiз.-техн. навук. - 2017. - № 4. - С. 17-23.

Григорчик А.Н., Кукареко В.А., Белый А.В. и др. // Механика машин, механизмов и материалов. - 2016. - № 2. - С. 75-80.

Григорчик А.Н. // Механика машин, механизмов и материалов. - 2016. - № 1 (34). - С. 87-91.

Диденко А.Н., Шаркеев Ю.П., Козлов Э.В., Рябчиков А.И. Эффекты дальнодействия в ионно-имплантированных металлических материалах. - Томск, 2004. - 326 с.

Wei R. // Surf. Coat. Technol. - 1996. - V. 83. - P. 235-242.

Wilbur P.J. and Buchholtz B.W. // Surf. Coat. Technol. - 1996. - V. 79. - P. 1-8.

Reviere J.R. // Surf. Coat. Technol. - 2002. - V. 158-159. - P. 99-104.

Белый А.В., Кукареко В.А., Патеюк А. Инженерия поверхностей конструкционных материалов концентрированными потоками ионов азота. - Минск: Белорус. наука, 2007. - 244 с.

Лахтин Ю.М., Коган Я.Д., Шпис Г.-И., Бемер З.Теория и технология азотирования. - М.: Металлургия, 1991. - 320 с.

Бокштейн Б.С. Диффузия в кристаллах. - М.: Металлургия, 1978. - 248 с.

Белый А.В., Калиниченко А.С., Девойно О.Г., Кукареко В.А. Инженерия поверхностей конструкционных материалов с использованием плазменных и пучковых технологий. - Минск: Беларуская навука, 2017. - 457 с.

Криштал М.А. Механизм диффузии в железных сплавах. - М.: Металлургия, 1972. - 400 с.

Белый А.В., Кукареко В.А., Шаркеев Ю.П. и др. // Трение и износ. - 2002. - Т. 23. - № 3. - С. 268-279.

Ковалевская Ж.Г., Кукареко В.А. // Известия Томского политехнического университета. Математика и механика. Физика. - 2014. - Т. 324. - № 2. - C. 118-127.

Белый А.В., Кукареко В.А., Бояренко И.В. // Трение и износ. - 1999. - T. 20. - № 4. - C. 378- 387.

Kukareko V.A. and Byeli A.V. // Surf. Coat. Technol. - 2000. - V. 127. - No. 2-3. - P. 174-178.

Byeli A.V., Kukareko V.A., Lobodaeva O.V., et al. // Wear. - 1997. - V. 203-204. - P. 596- 607.

Самсонов Г.В. Нитриды. - Киев: Навукова думка, 1969. - 380 с.

Белый А.В. Ионно-лучевое азотирование металлов, сплавов и керамических материалов. - Минск: Беларуская навука, 2014. - 411 с.

Клименов В.А., Ковалевская Ж.Г., Кукареко В.А. и др. // ФММ. - 2006. - Т. 102. - № 6. - С. 621-629.

Williamson D.L., Ozturk O., Glick S., et al. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. - 1991. - V. 59-60. - P. 737-741.

Белый А.В., Кукареко В.А., Таран И.И. и др. // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. - 2006. - № 7. - С. 100-106.

Белый А.В., Кукареко В.А. // Вести НАН Беларуси. - 2007. - № 4. - С. 13-19.

Kukareko V.A., Byeli A.V., and Taran I.I. // Inorgan. Mater.: Appl. Res. - 2014. - V. 5. - No. 4. - P. 357-363.

Byeli A.V., Kukareko V.A., Lobodaeva O.V., and Shykh S.K. // Wear. - 1995. - V. 181- 183. - P. 632-637.

Byeli A.V., Kukareko V.A., Lobodaeva O.V., and Shykh S.K. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. - 1995. - V. 103. - P. 533-536.

Schwarz R.B. and Johnson W.L. // Phys. Lett. - 1983. - V. 51. - P. 415.

Pampus K., Samwer K., and Bottiger J. // Europhys. Lett. - 1987. - V. 3. - No. 5. - P. 581-585.

Белый А.В., Кукареко В.А., Чой К.-Й. // Материаловедение. - 2011. - № 12. - С. 11-15.

Белый А.В., Карпович А.Н., Ковальчук Е.В., Тявловский А.К. // Весцi НАН Беларусi. Сер. фiз.-техн. навук. - 2017. - № 4. - С. 17-23.

Интерметаллические соединения: сб. / под ред. И.И. Корнилова. - М.: Металлургия, 1970. - 480 с.

Белый А.В., Кукареко В.А., Патеюк А. // Трение и износ. - 2007. - № 6. - С. 575-581.

Psakhie S.G., Ovcharenko V.E., Baohai Y., et al. // J. Mater Sci. Technol. - 2013. - V. 29(11). - P. 1025-1034.

Ovcharenko V.E., Ivanov K.V., Mohovikov A.A., et al. // J. Surf. Invest. X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. - 2016. - V. 10. - No. 4. - Р. 712-717.

Psakhie S.G., Ovcharenko V.E., and Byeli A.V. // J. Mater. Sci. Technol. - 2013. - V. 29(11). - Р. 1036-1044.

Surface Hardening of Steels: Understanding the Basics / ed. J.R. Davis. - Materials Park, OH: ASM International, 2002. - 364 p.

Kulka M. Current Trends in Boriding. - Springer, 2019. - 282 p.

Christiansen T.L., Bottoli F., Dahl K.V., et al. // Mater. Perform. Character. - 2017. - V. 6. - Iss. 4. - P. 1-17.

Kaouka A and Alaoui O. // IOP Conf. Series: Mater. Sci. Eng. - 2019. - V. 477. - P. 012029.

Garcia-Bustos E., Figueroa-Guadarrama M.A., Rodríguez-Castro G.A., et al. // Surf. Coat. Technol. - 2013. - V. 215. - P. 241-246.

Kováč I., Mikuš R., Žarnovský J., et al. // Kovove Mater. - 2014. - V. 52 - P. 387-394.

Панин В.Е., Колубаев А.В., Сизова О.В. и др. Способ упрочнения поверхности опоры скольжения бурового долота / Патент РФ № 2048649. - 1995.

Kolubaew A.V., Sizowa O.W., Tarasow S.Y., and Trusowa G.W. // Tribol. Schmierungstechnik. - 1995. - V. 42. Jahrgang 1. - P. 3-5.

Fichtl W. // Mater. Eng. - 1981. - V. 2. - P. 276-286.

Karakaş M.S., Günen A., Kanca E., and Yilmaz E. // Arch. Metall. Mater. - 2018. - V. 63. - Iss. 1. - P. 159-165.

Gunes I., Taktak S., Bindal C., et al. // Sadhana. - 2013. - V. 38. - Part 3. - P. 513-526.

Sutrisno S. and Soegijono B. // Aceh Int. J. Sci. Technol. - 2012. - V. 1. - Iss. 2. - P. 47-50.

Carrera-Espinoza R., Figueroa-López U., Martínez-Trinidad J., et al. // Wear. - 2016. - V. 362-363. - P. 1-7.

Martini C., Palombarini G., Poli G., and Prandstraller D. // Wear. - 2004. - V. 256. - P. 608-613.

Motallebzadeh A., Dilektasli E., Baydogan M., et al. // Wear. - 2015. - V. 328-329. - P. 110-114.

Гармаева И.А., Гурьев А.М., Иванова Т.Г. и др. // Письма о материалах. - 2016. - Т. 6. - № 4 (24). - С. 262-265.

Сизова О.В., Колубаев А.В. // Материалы, технологии, инструменты. - 2002. - Т. 7. - № 1. - С. 62-68.

Juijerm P. // Kovove Mater. - 2014. - V. 52. - P. 231-236.

Dybkov V.I. // J. Mineral Metal and Mater. Eng. - 2016. - V. 2. - P. 30-46.

Сизова О.В., Колубаев А.В., Ковешников В.И. и др. // Химическое и нефтяное машиностроение. - 1993. - № 4. - С. 25-27.

Hernández-Sánchez E., Domínguez-Galicia Y.M., Orozco-Álvarez C., et al. // Hindawi Publ. Corporat. Adv. Mater. Sci. Eng. - 2014. - V. 2014. - Article ID 249174 (9 p.).

Campos-Silva I., Bravo-Bárcenas D., Meneses-Amador A., et al. // Surf. Coat. Technol. - 2013. - V. 237. - P. 402-414.

Azouani O., Keddam M., Brahimi A., and Sehisseh A. // J. Min. Metall. Sect. B. Metall. - 2015. - V. 51 (1) B. - P. 49-54.

Kaouka A., Allaoui O., Keddam M., and Taktak S. // Surface Effects and Contact Mechanics XI / eds. J.Th.M. de Hosson and C.A. Brebbia. - 2013. - V. 78, WITpress. - P. 183-191.

Cimenoglu H., Atar E., and Motallebzadeh A. // Wear. - 2014. - V. 309. - P. 152-158.

Li K., Huang Z., Jian Y., et al. // Tribol. Trans. - 2018. - V. 61. - No. 3. - P. 513-521.

Er U. and Par B. // Wear. - 2006. - V. 261. - Iss. 3-4. - P. 251-255.

Tabur M., Izciler M., Gul F., and Karacan I. // Wear. - 2009. - V. 266. - Iss. 11-12. - P. 1106- 1112.

Martini C., Palombarini G., and Carbucicchio M. // J. Mater Sci. - 2004. - V. 39. - P. 933-937.

Apkar'yan A.S., Sizova O.V., Zuev L.B., and Trusova G.V. // Glass and Ceramics. - 1995. - V. 51. - No. 11-12. - P. 389-392.

Krelling A.P., Teixeira F., Costa C.E., et al. // J. Mater. Res. Technol. - 2019. - V. 8. - Iss. 1. - P. 766-776.

Wang A.G. and Hutchıngs I.M. // Wear. - 1998. - V. 124. - P. 149-163.

Mu D. and Shen B. // Adva. Mater. Sci. Eng. - 2013. - V. 2013. - Article ID 751971 (7 p.).

Li K., Huang Z., Jian Y., et al. // Tribol. Trans. - 2018. - V. 61. - Iss. 3. - P. 513-521.

Колубаев А.В., Ковешников В.И., Сизова О.В., Трусова Г.В. // Изв. вузoв. Черная металлургия. - 1992. - № 2. - C. 46-48.

Rodríguez-Castro G., Campos-Silva I., Chávez-Gutiérrez E., et al. // Surf. Coat. Technol. - 2013. - V. 215. - P. 291-299.

Krelling A.P., Costa C.E., Milan J.C.G., and Almeida E.A.S. // Tribol. Int. - 2017. - V. 111. - P. 234-242.

Sizowa O., Kolubaew A., and Trusowa G. // Metall. - 1997. - V. 51. Jahrgang. - No. 12. - P. 713- 716.

Витязь П.А., Панин В.Е., Белый А.В., Колубаев А.В. // Физич. мезомех. - 2002. - Т. 5. - № 1. - С. 15-28.

Popov V.L. and Kolubaev A.V. // Tech. Phys. Lett. - 1995. - V. 21. - P. 812-814

Torskaya E.V., Mezrin A.M., Mosyagina I.V., and Kornev Yu.V. // Phys. Mesomech. - 2018. - V. 21. - No. 6. - P. 475-482.

Hu Z., Li H., Fu Q., et al. // New Carbon Mater. - 2007. - V. 22. - Iss. 2. - P. 131-134.

Krueger A. Carbon Materials and Nanotechnology. - Weinheim: Wiley-VCH Verlag GmbH, 2010. - 474 p.

Машиностроение: энциклопедия. - М.: Машиностроение, 2005. - Т. 11-4. -. С. 218-243.

Бакай А.С., Стрельницкий В.Е. Структурные и физические свойства углеродных конденсатов, полученных осаждением потоков быстрых частиц (обзор). - М.: ЦНИИатоминформ, 1984. - 87 с.

Семенов А.П. // Трение и износ. - 2009. - Т. 30. - № 1. - С. 83-102.

Методы и средства упрочнения поверхностей деталей машин концентрированными потоками энергии / под ред. А.П. Гусенкова. - М.: Наука, 1992. - 404 с.

Григорьев С.Н., Воронин Н.А. Технология вакуумно-плазменной обработки инструмента и деталей машин. - М.: МГТУ «СТАНКИН», 2006. - 507 с.

Хрущов М.М. Современные технологии модифицирования поверхностей деталей машин / под ред. Г.В. Москвитина. - М.: УРСС/ЛЕНАНД, 2013. - С. 78-113.

Klages C.P. and Memming R. // Mat. Sci. Forum. - 1990. - V. 52-53. - P. 609-644.

Sánchez-López J.C. and Fernández A. // Tribology of Diamond-Like Carbon Films: Fundamentals and Applications / eds. by C. Donnet and A. Erdemir. - N.Y.: Springer, 2008. - P. 311-338.

Jansson U. and Lewin E. // Thin Solid Films. - 2013. - V. 536. - P. 1-24.

Kalin M. and Vižintin J. // Thin Solid Films. - 2006. - V. 515. - P. 2734-2747.

Corbella C., Vives M., Pinyol A., et al. // Surf. Coat. Technol. - 2004. - V. 177-178. - P. 409-414.

Ouyang J.-H., Sasaki S., Murakami T., et al. // Wear. - 2009. - V. 266. - P. 96-102.

Meng W.J. and Gillispie B.A. // J. Appl. Phys. - 1998. - V. 84. - P. 4314-4321.

Meng W.J., Tittsworth R.C., Jiang J.C., et al. // J. Appl. Phys. - 2000. - V. 88. - P. 2415-2422.

Cao D.M., Feng B., Meng W.J., et al. // Appl. Phys. Lett. - 2001. - V. 79. - P. 329-331.

Gassner G., Mayrhofer P.H., Mitterer C., and Kiefer J. // Surf. Coat. Technol. - 2005. - V. 200. - P. 1147-1150.

Gassner G., Patscheider J., Mayrhofer P.H., et al. // J. Vac. Sci. Technol. B. - 2006. - V. 24. - P. 1837-1843.

Hovsepian P.E., Kok Y.N., Ehiasarian A.P., et al. // Surf. Coat. Technol. - 2005. - V. 200. - P. 1572-1579.

Zhou Z., Ross I.M., Ma L., et al. // Wear. - 2011. - V. 271. - P. 2150-2156.

Paul A., Lim J., Choi K., Lee C. // Mater. Sci. Eng. A. - 2002. - V. 332. - P. 123-128.

Хрущов М.М., Атаманов М.В., Марченко Е.А. и др. // Изв. РАН. Сер. физич. - 2014. - Т. 78. - № 10. - С. 1257-1265.

Khrushchov M.M., Marchenko E.A., Petrzhik M.I., et al. // J. Phys.: Conf. Ser. - 2018. - V. 1121. - P. 012017.

Хрущов М.М., Атаманов М.В., Шевченко Н.В. и др. // Проблемы машиностроения и надежности машин. - 2018. - № 2. - С. 44-52.

Хрущов М.М., Марченко Е.А., Левин И.С. и др. // ФММ. - 2019. - Т. 120. - № 2. - С. 219- 224.

Erdemir A. and Donnet C. // J. Phys. D: Appl. Phys. - 2006. - V. 39. - P. R311-R327.

Ronkainen H., Varjus S., and Holmberg K. // Wear. - 1998. - V. 222. - P. 120-128.

Kalin M. and Vižintin J. // Wear. - 2005. - V. 259. - P. 1270-1280.

Tribology of diamond-like films. Fundamentals and applications / eds. C. Donnet and A. Erdemir. - N.Y.: Springer, 2008. - 665 p.

Podgornik B., Hren D., Vižintin J., et al. // Wear. - 2006. - V. 261. - P. 32-40.

Podgornik B., Hogmark S., and Sondberg O. // Surf. Coat. Technol. - 2004. - V. 184. - P. 338-348.

Hatsuno K. and Hosomi Y. // Tribol. Online. - 2008. - V. 3. - No. 5. - P. 333-336.

De Barros-Bouchet M.I., Matta C., Le Mogne T., et al. // J. Phis.: Conf. Ser. - 2007. - V. 89. - P. 012003.

De Barros-Bouchet M.I. and Martin J.M. // Tribology of Diamond like Carbon Films: Fundamentals and Applications / eds. C. Donnet and A. Erdemir. - N.Y.: Springer, 2008. - P. 588-619.

Kano M., Yashuda Y., and Ye J. // Proc. WTC-2005: World Tribology Congress III. September 12-16, 2005, Washington, USA. - WTC2005-6387.

Martin J.M., De Barros-Bouchet M.I., Le Mogne T., and Kano M. // Proc. WTC2005: World Tribology Congress III. September 12-16, 2005, Washington, USA - WTC2005-63953.

Podgornik B., Vižintin J., Jacobson S., and Hogmark S. // Surf. Coat. Technol. - 2004. - V. 177-178. - P. 558-565.

Буяновский И.А., Игнатьева З.В., Левченко В.А., Матвеенко В.Н. // Трение и износ. - 2008. - Т. 29. - № 4. - С. 375-381.

Левченко В.А., Матвеенко В.Н., Буяновский И.А., Игнатьева З.В. // Проблемы машиностроения и надёжности машин. - 2004. - № 2. - С. 43-48.

Topolovec-Miklozsic K. // 3rd Vienna Intern. Conf. NANOTECHNOLOGY-VIENNANO’09, March 19-20, 2009, Vienna, Austria. - Vienna, 2009. - P. 41-45.

De Barros-Bouchet M.I., Martin J.M., Le Mogne T., and Vacher B. // Tribol. Int. - 2005. - V. 38. - P. 257-264.

Haque T., Morina A., Neville A., et al. // Wear. - 2009. - V. 266. - P. 147-157.

Miyaki S., Mitsuyoshi K., Kurosaka W., et al. // Tribol. Online. - 2008. - V. 3. - No. 5. - P. 310-315.

Kalin M., Vižantin J., Barrega J., et al. // Тribol. Lett. - 2004. - V. 17. - P. 679-688.

Буяновский И.А., Левченко В.А., Большаков А.Н., Самусенко В.Д. // Проблемы машиностроения и надёжности машин. - 2019. - № 1. - С. 86-91.

Буяновский И.А., Левченко В.А., Большаков А.Н. // Трение и износ. - 2018. - Т. 39. - № 5. - С. 471-476.

Zahid R., Masjuki H.Y., Varman M., et al. // Tribol. Lett. - 2015. - V. 58. - No 2. - P. 32.