Mikrostruktura i właściwości cienkich nanokompozytowych powłok Mo-C:H wytwarzanych metodą impulsowego reaktywnego rozpylania magnetronowego

Cienkie powłoki Mo-C:H wytwarzano metodą impulsowego, reaktywnego rozpylania magnetronowego w warunkach przemieszczania pokrywanych elementów z wykorzystaniem systemu planetarnego. Badania wykazały, że powłoki Mo-C:H wytwarzane w takich warunkach mają budowę wielowarstwową, składającą się z warstw na przemian "bogatych" i "ubogich" w molibden. Poszczególne warstwy mają budowę nanokompozytową zawierającą amorficzną osnowę węglową (a-C:H) i rozproszone w niej nanokrystaliczne wydzielenia węglików molibdenu (MoC) o rozmiarach poniżej 3 nm. Średnią zawartość molibdenu w wielowarstwowej strukturze Mo-C:H zmieniano w zakresie 1,3÷10,3% at. przez zmianę zawartości acetylenu w atmosferze roboczej. Twardość powłok wzrasta ze wzrostem zawartości molibdenu od 7,4 GPa dla zawartości 1,3% at. Mo do 10,2 GPa dla zawartości 10,3% at. Współczynnik tarcia suchego skojarzeń tarciowych z udziałem badanych powłok wzrasta ze wzrostem zawartości w nich molibdenu oraz ze wzrostem wilgotności względnej powietrza, w którym przeprowadzano testy tribologiczne. Najniższy współczynnik tarcia (0,01) wykazują skojarzenia tarciowe powłoka-powłoka, gdy zawartość molibdenu wynosi 1,3÷3,2% at., a wilgotność względna powietrza ok. 5%. Natomiast najwyższy współczynnik tarcia (0,25) mają skojarzenia powłoka-stal łożyskowa przy zawartości molibdenu 10,3% at. i względnej wilgotności powietrza powyżej 90%. Najwyższą odporność na zużycie przez tarcie (kvc < 10-7 mm3/Nm) w całym badanym zakresie względnej wilgotności powietrza wykazują powłoki zawierające 1,3÷3,2% at. molibdenu.

---

Thin Mo-C:H coatings were deposited by pulsed, reactive magnetron sputtering at substrates under planetary movement. Examinations showed that coatings Mo-C:H produced in such conditions have a multilayered structure consisting of many layers with alternately high and low molybdenum concentration. Individual layers have a nanocomposite structure containing amorphous hydrogenated carbon matrix (a-C:H) and dispersed in it crystalline precipitations of molybdenum carbide (MoC) of sizes below 3 nm. Average content of the molybdenum in the multilayered structure Mo-C:H was being changed in the range 1.3÷10.3 at. % through the change of the content of acetylene in the working atmosphere. The hardness of coatings increases with the rise of the content of the molybdenum from 7.4 GPa for the content 1.3 at. % to 10.2 GPa for the content 10.3 at. %. Coefficient of the dry friction of frictional contacts with the participation of investigated coatings increases with the increase of molybdenum concentration in coatings and with the increase of the relative humidity of air, in which tribological tests were being conducted. The lowest friction coefficient (0.01) are demonstrating coating-coating frictional contacts when the content of the molybdenum amounts 1.3÷3.2 at. %, and relative humidity of air about 5%. The highest friction coefficient (0.25) are demonstrating coating-steel frictional contacts at the content of the molybdenum 10.3 at. % and for the relative humidity of air above 90%. The highest wear resistance (kvc < 10-7 mm3/Nm), in whole examined range of the relative humidity, are showing coatings containing 1.3÷3.2 at. % of molybdenum.