Влияние напряжения разряда на структуру и механические свойства углеродных покрытий, осажденных из сепарированных потоков углеродной плазмы

Abstract

Углеродные покрытия наносились из сепарированных потоков импульсной углеродной плазмы при различном рабочем напряжении (200–450 В). В качестве сепаратора был использован криволинейный соленоид с углом поворота плазменного потока на 90°. Методом спектроскопии комбинационного рассеивания исследована структура покрытий, установлены механические свойства (твердость, модуль упругости, триботехнические параметры) осажденных покрытий. Определено, что при напряжении разряда, равном 350 В, наблюдается высокая разупорядоченность структуры покрытия, при этом покрытие характеризуется наибольшей твердостью, равной 20,5 ГПа, низкими значениями коэффициента трения, что определяет наименьший износ контртела 0,208 × 10–16 м3/ (Н ∙ м). Применение криволинейного соленоида, включенного в анодную цепь импульсного генератора углеродной плазмы, позволяет эффективно разделять ионную и капельную компоненты покрытия, обеспечив при этом уменьшение количества макрочастиц в плазменном потоке, что приводит к снижению поверхностной шероховатости и позволяет получать покрытия с высоким содержанием sp3-гибридизированных атомов углерода. И как следствие этого происходит повышение твердости и модуля упругости этих покрытий.

Carbon coatings were applied from separated streams of pulsed carbon plasma at different operating voltages (200–450 V). A curvilinear solenoid with a rotation angle of the plasma flow of 90° was used as a separator. Using Raman spectroscopy, the structure of the coatings was studied and the mechanical properties (hardness, elastic modulus, tribotechnical parameters) of the precipitated coatings were established. It has been found out that at a discharge voltage of 350 V, a high disorder of the coating structure is observed, while the coating is characterized by the highest hardness, equal to 20.5 GPa and low values of the friction coefficient, which determines the least wear of the counterbody 0,208 × 10–16 m3/(N ∙ m). The use of a curvilinear solenoid included in the anode circuit of a pulsed carbon plasma generator makes it possible to effectively separate the ionic and droplet components of the coating, while ensuring a reduction in the number of macroparticles in the plasma flow. It leads to a decrease in surface roughness and makes it possible to obtain coatings with a high content of sp3-hybridized atoms carbon, which results in high hardness and elasticity modulus.