Влияние режимов ионно-плазменного напыления на структуру и свойства износостойких покрытий

3.2.1.3 Экспериментальные исследования шероховатости и профиля 
модифицированной поверхности 
Шероховатость поверхности принято определять по ее профилю, который 
образуется в сечении этой поверхности плоскостью, перпендикулярной к но-
минальной поверхности. При этом профиль рассматривается на длине базовой 
линии, используемой для выделения неровностей и количественного определе-
ния их параметров. Шероховатость представляет собой совокупность микроне-
ровностей на поверхности резины или изделия и
является одной из основных 
геометрических характеристик качества поверхностей изделий и оказывает 
влияние на эксплуатационные показатели. Параметры шероховатости поверх-
ности и характеристики Ra и Rz, параметры, определяющие эксплуатационные 
свойства поверхности, в том числе износоустойчивость при всех видах трения. 
Чем меньше шероховатость, тем меньше возможность возникновения поверх-
ностных трещин от усталости. В табл. 3.7 представлены основные характери-
стики шероховатости поверхности. 
Таблица 3.7 – Параметры шероховатости исходной и модифицированной 
резины 
исх 
38 
80 
126 
173 
205 
Параметры шероховатости 
Средняя шероховатость 
(Ra), nm 
7,6 
8,4 
5,6 
5,8 
5,5 
2,8 
Максимальная высота ше-
роховатости (Rt), nm 
85,1 
122,3 
69,3 
94,4 
78,3 
45,3 
Максимальная глубина 
впадины шероховатости 
(Rv), nm 
37,4 
52,2 
34,2 
48,2 
36,2 
23,2 
Средняя максимальная вы-
сота профиля (Rz), nm 
36,9 
99,4 
57,0 
64,2 
58,7 
26,6 
Выяснилось, что за счет нанесения покрытий молибдена на поверхность 
резины, получили изменение рельефа и структуры. Осажденные слои имеют 
собственную шероховатость поверхности. На начальных стадиях ионно-
плазменной обработки при толщине 38 нм структура образуется на фоне ис-
ходного рельефа резины, объясняется наличием наполнителей в составе резины 
в виде твердых кристаллических гранул, соответствуют как выступам, так и 

---

110 
впадинам на поверхности, а их средний размер, по-видимому, совпадает с дис-
персностью ингредиентов резиновой смеси. Параметры шероховатости от ис-
ходных значений до толщины 38 нм увеличиваются, так как на собственную 
шероховатость поверхности резины наслаивается слой металлического покры-
тия. При увеличении толщины покрытия образуется поверхность покрытия со 
специфическим рельефом, полностью закрывающим предыдущую структуру, 
приводя ее к дальнейшим изменениям, особенно это наблюдается с увеличени-
ем толщины покрытия. Размеры максимальной величины впадин и высоты ше-
роховатости уменьшаются и стремятся сравнять поверхность в горизонтальной 
проекции. В общем, значения шероховатости изменились, особенно, у покры-
тия толщиной более 80 нм наблюдали уменьшение основных параметров ше-
роховатости, что в результате, после проведения серий испытаний, приводит к 
снижению показателей по истираемости и коэффициенту трения.
На следующем этапе исследования были рассмотрены влияние различ-
ных материалов на изменение структуры модифицированной поверхности об-
разцов резин. В качестве модификаторов использовали молибденовый, танта-
ловый и вольфрамовый катоды. Микрофотографии поверхностей исходной ре-
зины до напыления и модифицированной металлами Мо, Та и W приведены на 
рис. 3.27. 
На рис. 3.27 (В, Г) представлены микрофотографии поверхности модифи-
цированных металлами Та и W, где при формировании покрытий также обна-
ружен эффект кластерных образований, которые служат как бы строительным 
материалом при формировании покрытий. В нано- микроструктуре с покрыти-
ем Мо наблюдали наличие мелкозерновых образований. Как описывалось ра-
нее, с увеличением толщины покрытия увеличивается размер и количество кла-
стерных образований при мощности напыления 100 Вт, и в обратном соотно-
шении (количество мелких кластеров увеличивается) с увеличением мощности 
напыления. 
В таблице 3.8 представлены основные характеристики шероховатости по-
верхности модифицированных тугоплавкими металлами Мо, Та и W.

---

111 
А 
Б 
В 
Г 
Рис. 3.27- Микрофотографии исходной резины (А), модифицированной молибденом (Б), танталом (В), вольфрамом (Г), толщина 38 нм 

---

112 
Таблица 3.8 - Характеристики шероховатости поверхности исходной и мо-
дифицированной резины 
Характеристики 
Образцы 
Исходные 
Mo 
W 
Ta 
Шероховатость
Средняя шероховатость (Ra), µm 
0,127 
0,144 
0,087 
0,0331 
Максимальная высота шероховато-
сти, (Rt), µm 
1,577 
1,447 
0,827 
0,323 
Максимальная глубина впадины 
шероховатости (Rv), µm
0,812 
0,656 
0,408 
0,156 
Средняя максимальная высота 
профиля (Rz), µm 
1,212 
1,323 
0,692 
0,282 
Как следует из таблицы, значения Ra, Rt и Rv поверхности исходной рези-
ны находятся выше значений поверхности, покрытой металлами вольфрама и 
тантала, в несколько раз. Значения Ra, Rt и Rv для исходной резины и с покры-
тием молибдена находятся практически на одном уровне. Сопоставляя данные 
шероховатости с результатами по истиранию и коэффициенту трения, можно 
обнаружить, что для образцов с покрытием Мо наблюдаются наибольшее сни-
жение истираемости и самый высокий коэффициент трения. Значения этих по-
казателей для W и Та находятся на одном уровне, как и результаты по шерохо-
ватости. Снижение этих параметров, по-видимому, являются причиной улуч-
шения триботехнических свойств.