Кубанский государственный технологический университет (Краснодар, Россия)

А. Е. Литвинов, профессор, заведующий кафедрой технической механики и специальных машин им. проф. А. А. Петрика, докт. техн. наук, доцент, artstyleone@mail.ru
Л. С. Хахулин, аспирант, инженер кафедры технической механики и специальных машин им. проф. А. А. Петрика

В статье представлен всесторонний анализ современных методов и технологических решений, направленных на повышение износостойкости стальных узлов и деталей сельскохозяйственной техники. Актуальность темы обусловлена экстремальными условиями эксплуатации машинно-тракторного парка, которые характеризуются комплексным воздействием абразивного изнашивания (при контакте с почвой и растительными остатками), ударных и циклических механических нагрузок, а также интенсивной коррозией, вызванной воздействием агрессивных сред (минеральные удобрения, пестициды, влага). Авторами подробно проанализированы ключевые технологии нанесения защитных покрытий, применяемые в сельхозмашиностроении и ремонтном производстве. Рассмотрены как классические методы (электродуговая наплавка, газотермическое напыление), так и прецизионные технологии, включая лазерную наплавку и высокоэнергетические методы CVD (химическое осаждение из газовой фазы) и PVD (физическое осаждение из газовой фазы), позволяющие формировать слои с уникальной структурой. Особое внимание уделено инновационным подходам — использованию нанокомпозитных материалов, позволяющих повысить твердость и вязкость поверхностного слоя, а также разработке гибридных покрытий, совмещающих преимущества керамических и металлических компонентов. В работе рассматриваются вопросы практической реализации этих методов, их экологическая безопасность по сравнению с традиционными гальваническими процессами и экономическая эффективность, выражающаяся в увеличении ресурса дорогостоящих узлов и сокращении простоев техники в периоды полевых работ. Приведены данные об успешном опыте реализации кафедрой технической механики и специальных машин практических исследований по заявленной тематике в рамках выполнения гранта Кубанского научного фонда. Сделан вывод о перспективности использования многослойных структур и самофлюсующихся сплавов как оптимального баланса между стоимостью восстановления и эксплуатационной надежностью.

Исследование выполнено при финансовой поддержке Кубанского научного фонда в рамках научного проекта № Н-25.1/36.

1. Balaev E. Yu., Litvinov А. E. Analysis of modern technologies for improving performance characteristics of cutting band saws // Proceedings of the International conference “Aviamechanical engineering and transport” (AVENT 2018). 2018. DOI: 10.2991/avent-18.2018.49
2. Khan F., A. Daadbin A. Assessing the performance of TiAlSiN coating on bandsaw tooth when cutting Ti-17 alloy // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture. 226. p. 870–877. DOI: 10.1177/0954405411431194
3. Litvinov A. E., Buzko V. U., Balaev E. Yu., Goryachko A. I. Development of a method of applying nanostructured and wear-resistant coatings with high adhesion to the surface of the cutting tool // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. Novosibirsk, 2019. P. 012187. DOI: 10.1088/1757-899X/560/1/012187
4. Dai Hai-Yang, Wang Li-Wu, Jiang Hui, Huang Ning-Kang. A New Empirical Model for Estimation of sp3 Fraction in Diamond-Like Carbon Films // Chinese Physics Letters. 2007. Tom 24(7). P. 2122–2124. DOI: 10.1088/0256-307X/24/7/093
5. Robertson J. Diamond-like amorphous carbon // Materials Science and Engineering: R: Reports. 2002. Vol. 37. Iss. 4–6. P. 129-281. DOI: 10.1016/S0927-796X(02)00005-0
6. Ohtake Naoto, Hiratsuka Masanori, Kanda Kazuhiro, Akasaka Hiroki, Tsujioka Masanori, Hirakuri Kenji, Hirata Atsushi, Ohana Tsuguyori, Inaba Hiroshi, Kano Makoto, Saitoh Hidetoshi. Properties and Classification of Diamond-Like Carbon Films // Materials (Basel). 2021. Tom 14 (2):315. DOI: 10.3390/ma14020315
7. Kahn Markus, Menegazzo Nicola, Mizaikoff Boris, Berghauser Roswitha. Properties of DLC and Nitrogen-Doped DLC Films Deposited by DC Magnetron Sputtering // Plasma Processes and Polymers. 2007. T. 4(S1). DOI: 10.1002/ppap.200730701
8. Lin Chii-Ruey, Lin Chii-Ruey, Chang Hong-Ming. Fabrication of High Transparency Diamond-Like Carbon Film Coating on D263T Glass at Room Temperature as an Antireflection Layer // International Journal of Photoenergy. 2013. T. 17. DOI: 10.1155/2013/612163
9. Mróz Waldemar, Burdynska Sylwia, Prokopiuk Artur, Jedyński M. Characteristics of Carbon Films Deposited by Magnetron Sputtering // Acta Physica Polonica Series a 116(Supplement):S-120-S-122. 2009. DOI: 10.12693/AphysPolA.116.S-120
10. Abbass A. A., Saba J. K. Preparation and characterization DLC thin films using atmospheric pressure plasma Jet // IOP Conference Series Materials Science and Engineering 454:012065. December 2018. DOI: 10.1088/1757-899X/454/1/012065
11. Xiao Long Zhou, Tsuneo Suzuki, Hideki Nakajima, Keiji Komatsu. Structural analysis of amorphous carbon films by spectroscopic ellipsometry, RBS/ERDA, and NEXAFS // Applied Physics Letters May 2017110(20):201902. DOI: 10.1063/1.4983643
12. Cao G., Weber S. J., Martin S. O., Malaney T. I., Slattery S. R., Anderson M. H., Sridharan K., Alle T. R. In situ measurements of spectral emissivity of materials for very high temperature reactors // Nuclear Technology. 2011. № 175. P. 460–467. DOI: 10.13182/NT11-A12317

13. Литвинов А. Е., Сизо А. А. Повышение эксплуатационных характеристик круглопильных отрезных станков // Материалы, оборудование и ресурсосберегающие технологии. Материалы Международной научно-технической конференции. – Могилев : Межгосударственное образовательное учреждение высшего образования «Белорусско-Российский университет», 2023. С. 48–49.
14. Erdemir A., Bindal C., Pagan J., Wilbur P. Characterization of transfer layers on steel surfaces sliding against diamond-like hydrocarbon films in dry nitrogen // Surface & coatings technology. 1995. Vol. 76-77. № 1–3. P. 559–563. DOI: 10.1016/0257-8972(95)02518-9
15. Fei Chen, Jia Qing Chen, Hai Zhou, Cheng-Ming Li. DLC Films Synthesized on the Ti6Al4V Alloy Surface by Plasma Gun at an Atmospheric Pressure // Materials Science Forum. 2011. Vol. 687. P. 739–744. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.687.739
16. Wacogne B., Pannell C. N., Roe M. P., Pattinson T. J. In situ measurement of zinc oxide film thickness and optical losses // Applied Physics Letters. 1995/ Vol. 67. P. 161–163. DOI: 10.1063/1.114653
17. Lijun Wang, Yan Liu, Hui Chen, Wang Mengchao. Modification Methods of Diamond like Carbon Coating and the Performance in Machining Applications: A Review // Coatings. 2022. Vol. 12(2). P. 224. DOI: 10.3390/coatings12020224
18. Qunfeng Zeng, Zekun Ning. High-temperature tribological properties of diamond-like carbon films: A review // Reviews on Advanced Materials Science. 2021. Vol. 60(1). P. 276–292. DOI: 10.1515/rams-2021-0028
19. Roebuck B., Edwards G., Gee M. G. Characterisation of oxidising metal surfaces with a two colour pyrometer // Materials Science and Technology. 2025. № 21. P. 831–840.