Аннотация результатов, полученных в 2025 году
В отчётном периоде выполнен комплекс экспериментальных и аналитических работ, направленных на исследование влияния архитектуры углеродных покрытий, осаждённых методом горячей нити, на их структурное состояние, механическую устойчивость и трибологические характеристики. В рамках единого подхода были получены и сопоставлены покрытия с различной архитектурой, включая монослойные, двухслойные, монотонно-градиентные и покрытия с чередующейся градиентной структурой. На первом этапе были синтезированы эталонные покрытия M, N и 2L, а также серия монотонно-градиентных покрытий G4–G12. Управление структурой осуществлялось исключительно путём варьирования расхода метана при неизменных базовых параметрах процесса. Показано, что в условиях инерционной газодинамической системы дискретное изменение расхода метана реализуется как фактически непрерывный градиент условий роста, что приводит к формированию плавного перехода от микрокристаллической структуры вблизи подложки к нанокристаллической и ультрананокристаллической в приповерхностной области. СЭМ-анализ поперечных сечений подтвердил отсутствие резких внутренних интерфейсов в покрытиях серии G. Рамановский анализ позволил установить закономерную эволюцию структурного состояния покрытий при увеличении доли наноструктурированной области. Для покрытий серии G выявлено снижение вклада алмазной sp3-фазы и рост интенсивности D- и G-полос, что отражает увеличение объёма sp2-обогащённой межзеренной фазы. Показано, что данные изменения оказывают определяющее влияние на механическое поведение покрытий при локальных нагрузках и в условиях трения. Механические испытания методом индентирования продемонстрировали существенные различия в характере разрушения покрытий различных архитектур. Для монослойных и двухслойных покрытий зафиксированы вздутие и частичная либо полная деламинация, связанные с концентрацией напряжений и наличием резких структурных переходов. В серии G наилучшие показатели адгезионной стойкости продемонстрировало покрытие G4, для которого разрушение носило преимущественно когезионный характер без признаков отслоения, тогда как в G8 и G12 наблюдался переход к смешанному механизму разрушения. Трибологические испытания в условиях сухого скольжения по оксиду алюминия показали, что архитектура покрытия определяет как уровень, так и стабильность коэффициента трения, а также износостойкость. Установлено, что покрытие G4 сочетает низкий и стабильный коэффициент трения с минимальным износом, тогда как увеличение доли наноструктурированной фазы в покрытиях G8 и G12 приводит к росту трения и ускорению изнашивания. Выявлено, что механическое поведение при индентировании и трибологические характеристики в целом демонстрируют согласованные тенденции, однако для отдельных архитектур механизмы деградации при статической и циклической нагрузке различаются. На следующем этапе впервые получены и детально исследованы покрытия с чередующейся градиентной архитектурой (серия RG), сформированные при треугольной модуляции протока метана. Показано, что вследствие инерционности газовой среды формируется последовательность сглаженных градиентных участков без резких межслойных границ. Рамановский анализ поперечных сечений позволил проследить эволюцию структуры в пределах одного полупериода модуляции и установить закономерное смещение и уширение алмазной, D- и G-полос при переходе между микро- и наноструктурированными зонами. Исследование разрушения при локальных нагрузках показало, что характер повреждений покрытий серии RG существенно зависит от числа циклов модуляции. В образцах RG2 и RG3 радиальные трещины присутствовали, однако адгезионные нарушений не наблюдалось, тогда как в образце RG5 радиальное трещинообразование подавлялось полностью. Установлено, что многократное чередование условий роста обеспечивает более равномерное перераспределение напряжений по толщине покрытия и снижает склонность к хрупкому растрескиванию. Полученные результаты демонстрируют, что архитектура углеродного покрытия является ключевым параметром управления его механическими и трибологическими свойствами. Покрытия с чередующейся градиентной архитектурой показали наиболее сбалансированное сочетание износостойкости и трещиностойкости, что позволяет рассматривать данный подход как перспективное направление для разработки функциональных углеродных покрытий для узлов трения и режущего инструмента.