Электронное строение, элементный состав и прочностные свойства модифицированных лазерным излучением поверхностей сталей, алмазных и графеновых пленок для трибологических применений

Цель: установление электронного строения модифицированных лазерным излучением поверхностных слоев, защитных алмазных и алмазоподобных покрытий и граничных пленок на поверхности некоторых углеродистых и легированных сталей, а также выявление связи этого строения с трибологическими свойствами модифицированных поверхностей. Новые результаты: 1) разработана новая экспериментальная методика определения долей sp2/sp3 фаз в алмазоподобных материалах, включающая наряду с анализом параметров рентгеновского фотоэлектронного спектра (РФЭ) C1s-уровня и CKLL оже-спектра анализ спектров валентной полосы, которые не только показывают непосредственно тип связей, образуемых атомами исследуемых поверхностей, но и позволяют повысить точность определения положения компонент спектров разных энергетических диапазонов; 2) разработана экспериментальная комбинированная методика определения электронного строения и элементного состава модифицированных лазерной обработкой (ЛО) поверхностных слоев углеродистых сталей У8, У10, стали 45 и легированных сталей 9XC, Р6M5, Р9К5, ЭП657 и ЭП722, а также защитных антифрикционных алмазных, алмазоподобных покрытий и масляных пленок, которая необходима для выявления связи состояния исследуемого поверхностного слоя с его трибологическими свойствами; 3) доказана перспективность использования в дифференциальном CKLL оже- спектре параметра D3, определяющего энергетическую протяженность между точками перегибов на левой и правой сторонах всего CKLL оже-спектра, что позволяет экспериментально определять и сравнивать доли sp2/sp3 фаз, изменения которых отражают изменения трибологических свойств как исходной модифицированной поверхности, так и следов износа ультрананокристаллических алмазных пленок и алмазной пленки с большими (до 200 мкм) зернами; 4) выявлены и изложены тенденции в изменении после ЛО профиля Fe2p РФЭ спектров исследуемых сталей на их разных глубинах, полученных ионным травлением разной продолжительности; 5) раскрыты особенности распределения легирующих сталь элементов по глубине их нахождения, элементному составу и толщине образующихся при этом оксидных фаз железа на различных поверхностях травления; 6) выявлены корреляции между объемным содержанием вольфрама и молибдена в легированных сталях и их поверхностной концентрацией после ЛО. 7) установлено значительное влияние добавок салициловой кислоты на свойства граничных масляных смазок, улучшающих трибологические свойства поверхностей. Значение новых результатов для практики состоит в том, что разработаны новые комплексные методики измерений и интерпретации чувствительных к состоянию поверхности рентгеновских фотоэлектронных и валентных спектров сталей, а также для определения электронного строения защитных пленок и покрытий; определены перспективы практического использования этих методик для оценки сегрегационных тенденций, фазового состава, строения и толщин оксидных пленок на поверхности инструментальных углеродистых и легированных сталей при ЛО поверхности промышленных изделий в среде О2, чтобы контролировать и повышать их эксплуатационные характеристики; а также представлены рекомендации материаловедам об использовании выявленных корреляций между электронным строением и трибологическими свойствами модифицированных слоев сталей, покрытий и смазочных пленок с различными присадками, которые могут быть изготовлены из актуальных химических соединений, в том числе ионных жидкостей или соединений на основе графена.