АНТИФРИКЦИОННЫЕ ПОКРЫТИЯ С УЛУЧШЕННЫМИ СВОЙСТВАМИ АБРАЗИВНОГО ИЗНОСА И ИСТИРАНИЯ, И СПОСОБЫ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ

1. Многослойное антифрикционное покрытие, включающее:
i) нижний слой, выбранный из группы, состоящий из CrN, TiN, TiAlN, TiAlVN, TiAlVCN, TiSiN, TiSiCN, TiAlSiN и их сочетаний, где толщина нижнего слоя составляет от 0,1 до 100 мкм,
ii) способствующий адгезии слой, выбранный из группы, состоящей из Cr, Ti, Si, W, CrC, TiC, SiC, WC и их сочетаний, где толщина способствующего адгезии слоя составляет от 0,1 до 50 мкм, и указанный слой прилегает к поверхности нижнего слоя, и
iii)) функциональный слой, выбранный из группы, состоящей из композита на основе фуллерена, материала на основе алмаза, алмазоподобного углерода (АПУ) и их сочетаний, где толщина функционального слоя составляет от 0,1 до 50 мкм, и указанный слой прилегает к поверхности способствующего адгезии слоя,
при этом способствующий адгезии слой расположен между нижним слоем и функциональным слоем,
коэффициент трения функционального слоя антифрикционного покрытия, по измерениям при испытаниях на трение посредством притирания блока к кольцу, меньше или равен 0,15 и
измерения сопротивления абразивному износу антифрикционного покрытия согласно модифицированному испытанию на абразивный износ ASTM G105 показывают глубину следа износа меньше или равную 20 мкм и убыль массы меньше или равную 0,03 г.
2. Покрытие по п. 1, в котором нижний слой прилегает к поверхности основы.
3. Покрытие по п. 2, где основа выбрана из группы, состоящей из стали, нержавеющей стали, твердосплавной наплавки, железного сплава, сплава на основе алюминия, сплава на основе титана, керамического материала и сплава на основе никеля.
4. Покрытие по п. 3, в котором твердосплавная наплавка включает материал на основе кермета, композит с металлической матрицей или твердый металлический сплав.
5. Покрытие по п. 1, в котором функциональный слой представляет собой материал на основе алмаза.
6. Покрытие по п. 5, в котором материал на основе алмаза представляет собой полученный химическим парофазным осаждением (ХПО) алмаз или поликристаллический синтетический алмаз (ПСА).
7. Покрытие по п. 1, в котором функциональный слой представляет собой алмазоподобный углерод (АПУ).
8. Покрытие по п. 7, в котором алмазоподобный углерод (АПУ) выбран из группы, состоящей из та-С, та-С:Н, АПГУ, ППГУ, ГПГУ, Si-АПУ, N-АПУ, О-АПУ, В-АПУ, Ме-АПУ, F-АПУ и их сочетаний.
9. Покрытие по п. 1, в котором твердость нижнего слоя составляет от 800 до 3500 по Виккерсу.
10. Покрытие по п. 1, в котором твердость способствующего адгезии слоя составляет от 200 до 2500 по Виккерсу.
11. Покрытие по п. 1, в котором твердость функционального слоя составляет от 1000 до 7500 по Виккерсу.
12. Покрытие по п. 1, дополнительно содержащее градиент на границе раздела нижнего слоя и способствующего адгезии слоя, толщина которого составляет от 0,01 до 10 мкм.
13. Покрытие по п. 1, дополнительно содержащее градиент на границе раздела способствующего адгезии слоя и функционального слоя, толщина которого составляет от 0,01 до 10 мкм.
14. Покрытие по п. 1, дополнительно содержащее второй способствующий адгезии слой, выбранный из группы, состоящей из Cr, Ti, Si, W, CrC, TiC, SiC, WC и их сочетаний, где толщина второго способствующего адгезии слоя составляет от 0,1 до 50 мкм, и указанный слой прилегает к поверхности функционального слоя, и второй функциональный слой, выбранный из группы, состоящей из композита на основе фуллерена, материала на основе алмаза, алмазоподобного углерода (АПУ) и их сочетаний, где толщина второго функционального слоя составляет от 0,1 до 50 мкм, и указанный слой прилегает к поверхности второго способствующего адгезии слоя.
15. Покрытие по п. 14, дополнительно содержащее второй нижний слой, расположенный между функциональным слоем и вторым способствующим адгезии слоем, где второй нижний слой выбран из группы, состоящей из CrN, TiN, TiAlN, TiAlVN, TiAlVCN, TiSiN, TiSiCN, TiAlSiN и их сочетаний, где толщина второго нижнего слоя составляет от 0,1 до 100 мкм.
16. Покрытие по п. 14, в котором второй функциональный слой представляет собой алмазоподобный углерод (АПУ).
17. Покрытие по п. 16, в котором алмазоподобный углерод (АПУ) выбран из группы, состоящей из та-С, та-С:Н, АПГУ, ППГУ, ГПГУ, Si-АПУ, N-АПУ, О-АПУ, В-АПУ, Ме-АПУ, F-АПУ и их сочетаний.
18. Покрытие по п. 1, дополнительно содержащее от 1 до 100 групп добавочных слоев покрытия, где каждая группа добавочных слоев покрытия включает сочетание из добавочного способствующего адгезии слоя, добавочного функционального слоя и возможного добавочного нижнего слоя, причем каждая группа добавочных слоев покрытия сформирована следующим образом:
(i) возможный добавочный нижний слой выбран из группы, состоящей из CrN, TiN, TiAlN, TiAlVN, TiAlVCN, TiSiN, TiSiCN, TiAlSiN и их сочетаний, его толщина составляет от 0,1 до 100 мкм, и он прилегает к поверхности функционального слоя и добавочного способствующего адгезии слоя, причем возможный добавочный нижний слой расположен между функциональным слоем и добавочным способствующим адгезии слоем;
(ii) добавочный способствующий адгезии слой выбран из группы, состоящей из Cr, Ti, Si, W, CrC, TiC, SiC, WC и их сочетаний, его толщина составляет от 0 до 50 мкм, и он прилегает к поверхности функционального слоя или возможного добавочного нижнего слоя и добавочного функционального слоя, причем добавочный способствующий адгезии слой расположен между функциональным слоем и добавочным функциональным слоем или между возможным добавочным нижним слоем и добавочным функциональным слоем;
(iii) добавочный функциональный слой выбран из группы, состоящей из композита на основе фуллерена, материала на основе алмаза, алмазоподобного углерода (АПУ) и их сочетаний, его толщина составляет от 0,1 до 50 мкм, и он прилегает к поверхности добавочного способствующего адгезии слоя.
19. Покрытие по п. 18, в котором добавочный функциональный слой представляет собой алмазоподобный углерод (АПУ).
20. Покрытие по п. 19, в котором алмазоподобный углерод (АПУ) выбран из группы, состоящей из та-С, та-С:Н, АПГУ, ППГУ, ГПГУ, Si-АПУ, N-АПУ, О-АПУ, В-АПУ, Ме-АПУ, F-АПУ и их сочетаний.
21. Покрытие по п. 18, в котором твердость возможного добавочного нижнего слоя составляет от 800 до 3500 по Виккерсу.
22. Покрытие по п. 18, в котором твердость добавочного способствующего адгезии слоя составляет от 200 до 2500 по Виккерсу.
23. Покрытие по п. 18, в котором твердость добавочного функционального слоя составляет от 1000 до 7500 по Виккерсу.
24. Покрытие по п. 18, дополнительно содержащее градиент на границе раздела возможного добавочного нижнего слоя и способствующего адгезии слоя, толщина которого составляет от 0,01 до 10 мкм.
25. Покрытие по п. 18, дополнительно содержащее градиент на границе раздела добавочного способствующего адгезии слоя и добавочного функционального слоя, толщина которого составляет от 0,01 до 10 мкм.
26. Покрытие по п. 1, в котором шероховатость поверхности Ra функционального слоя составляет от 0,01 до 1,0 мкм.
27. Покрытие по п. 18, в котором шероховатость поверхности Ra наружного добавочного функционального слоя составляет от 0,01 до 1,0 мкм.
28. Покрытие по п. 1, в котором глубина следа износа контртела, измеренная при испытаниях на трение посредством притирания блока к кольцу меньше или равна 500 мкм.
29. Покрытие по п. 1, в котором измерения сопротивления абразивному износу антифрикционного покрытия согласно модифицированному испытанию на абразивный износ ASTM G105 показывают глубину следа износа и убыль массы по меньшей мере в 5 раз ниже, чем эти величины для однослойного покрытия из того же функционального слоя.
30. Покрытие по п. 1 или 18, которое нанесено на часть поверхности устройства, выбранного из группы, состоящей из бурового долота для подземного вращательного бурения, оборудования низа бурильной колонны для подземного вращательного бурения, обсадной трубы, лифтовой трубы, муфтовых соединений, рабочей колонны, колонны гибких труб, трубы, водоотделяющей колонны, плунжера насоса, центраторов, колонны заканчивания скважины, эксплуатационной колонны и устройств для нефтехимической и химической промышленности.
31. Способ получения многослойного антифрикционного покрытия, включающий:
i) обеспечение основы для нанесения покрытия,
ii) осаждение на поверхность подложки нижнего слоя, выбираемого из группы, состоящей из CrN, TiN, TiAlN, TiAlVN, TiAlVCN, TiSiN, TiSiCN, TiAlSiN и их сочетаний, причем толщина нижнего слоя составляет от 0,1 до 100 мкм,
ii) осаждение на поверхность нижнего слоя способствующего адгезии слоя, выбираемого из группы, состоящей из Cr, Ti, Si, W, CrC, TiC, SiC, WC и их сочетаний, причем толщина способствующего адгезии слоя составляет от 0,1 до 50 мкм, и указанный слой прилегает к поверхности нижнего слоя, и
iii) осаждение на поверхность способствующего адгезии слоя функционального слоя, выбираемого из группы, состоящей из композита на основе фуллерена, материала на основе алмаза, алмазоподобного углерода (АПУ) и их сочетаний, где толщина функционального слоя составляет от 0,1 до 50 мкм, и указанный слой прилегает к поверхности способствующего адгезии слоя,
причем коэффициент трения функционального слоя антифрикционного покрытия, по измерениям при испытаниях на трение посредством притирания блока к кольцу, меньше или равен 0,15 и
измерения сопротивления абразивному износу антифрикционного покрытия согласно модифицированному испытанию на абразивный износ ASTM G105 показывают глубину следа износа меньше или равную 20 мкм и убыль массы меньше или равную 0,03 г.
32. Способ по п. 31, дополнительно включающий осаждение от 1 до 100 групп добавочных слоев покрытия, где каждая группа добавочных слоев покрытия включает сочетание из добавочного способствующего адгезии слоя, добавочного функционального слоя и возможного добавочного нижнего слоя, причем каждую группу добавочных слоев покрытия формируют следующим образом:
(i) возможный добавочный нижний слой выбирают из группы, состоящей из CrN, TiN, TiAlN, TiAlVN, TiAlVCN, TiSiN, TiSiCN, TiAlSiN и их сочетаний, его толщина составляет от 0,1 до 100 мкм, и он прилегает к поверхности функционального слоя и добавочного способствующего адгезии слоя, причем возможный добавочный нижний слой располагают между функциональным слоем и добавочным способствующим адгезии слоем;
(ii) добавочный способствующий адгезии слой выбирают из группы, состоящей из Cr, Ti, Si, W, CrC, TiC, SiC, WC и их сочетаний, его толщина составляет от 0 до 50 мкм, и он прилегает к поверхности функционального слоя или возможного добавочного нижнего слоя и добавочного функционального слоя, причем добавочный способствующий адгезии слой располагают между функциональным слоем и добавочным функциональным слоем или между возможным добавочным нижним слоем и добавочным функциональным слоем;
(iii) добавочный функциональный слой выбирают из группы, состоящей из композита на основе фуллерена, материала на основе алмаза, алмазоподобного углерода (АПУ) и их сочетаний, его толщина составляет от 0,1 до 50 мкм, и он прилегает к поверхности добавочного способствующего адгезии слоя.
33. Способ по п. 31, в котором основу выбирают из группы, состоящей из стали, нержавеющей стали, твердосплавной наплавки, железного сплава, сплава на основе алюминия, сплава на основе титана, керамического материала и сплава на основе никеля.
34. Способ по п. 33, в котором твердосплавная наплавка включает материал на основе кермета, композит с металлической матрицей или твердые металлические сплавы.
35. Способ по п. 31, в котором функциональный слой представляет собой материал на основе алмаза.
36. Способ по п. 35, в котором материал на основе алмаза представляет собой полученный химическими парофазным осаждением (ХПО) алмаз или поликристаллический синтетический алмаз (ПСА).
37. Способ по п. 31, в котором функциональный слой представляет собой алмазоподобный углерод (АПУ).
38. Способ по п. 37, в котором алмазоподобный углерод (АПУ) выбирают из группы, состоящей из та-С, та-С:Н, АПГУ, ППГУ, ГПГУ, Si-АПУ, N-АПУ, О-АПУ, В-АПУ, Ме-АПУ, F-АПУ и их сочетаний.
39. Способ по п. 31, в котором твердость нижнего слоя составляет от 800 до 3500 по Виккерсу.
40. Способ по п. 31, в котором твердость способствующего адгезии слоя составляет от 200 до 2500 по Виккерсу.
41. Способ по п. 31, в котором твердость функционального слоя составляет от 1000 до 7500 по Виккерсу.
42. Способ по п. 31, дополнительно включающий обеспечение градиента на границе раздела нижнего слоя и способствующего адгезии слоя, толщина которого составляет от 0,01 до 10 мкм.
43. Способ по п. 31, дополнительно включающий обеспечение градиента на границе раздела способствующего адгезии слоя и функционального слоя, толщина которого составляет от 0,01 до 10 мкм.
44. Способ по п. 32, в котором добавочный функциональный слой представляет собой алмазоподобный углерод (АПУ).
45. Способ по п. 44, в котором алмазоподобный углерод (АПУ) выбирают из группы, состоящей из та-С, та-С:Н, АПГУ, ППГУ, ГПГУ, Si-АПУ, N-АПУ, О-АПУ, В-АПУ, Ме-АПУ, F-АПУ и их сочетаний.
46. Способ по п. 32, в котором возможный добавочный нижний слой имеет твердость от 800 до 3500 по Виккерсу.
47. Способ по п. 32, в котором добавочный способствующий адгезии слой имеет твердость от 200 до 2500 по Виккерсу.
48. Способ по п. 32, в котором добавочный функциональный слой имеет твердость от 1000 до 7500 по Виккерсу.
49. Способ по п. 32, дополнительно включающий обеспечение градиента на границе раздела возможного добавочного нижнего слоя и добавочного способствующего адгезии слоя, толщина которого составляет от 0,01 до 10 мкм.
50. Способ по п. 32, дополнительно включающий обеспечение градиента на границе раздела добавочного способствующего адгезии слоя и добавочного функционального слоя, толщина которого составляет от 0,01 до 10 мкм.
51. Способ по п. 31, в котором шероховатость поверхности Ra функционального слоя изменяется в диапазоне от 0,01 до 1,0 мкм.
52. Способ по п. 32, в котором шероховатость поверхности Ra наружного добавочного функционального слоя составляет от 0,01 до 1,0 мкм.
53. Способ по п. 31, в котором глубина следа износа контртела, измеренная при испытаниях на трение посредством притирания блока к кольцу, меньше или равна 500 мкм.
54. Способ по п. 31, в котором измерения сопротивления абразивному износу антифрикционного покрытия согласно модифицированному испытанию на абразивный износ ASTM G105 показывают глубину следа износа и убыль массы по меньшей мере в 5 раз ниже, чем эти величины для однослойного покрытия из того же функционального слоя.
55. Способ по п. 31 или 32, в котором основа является частью поверхности устройства, выбираемого из группы, состоящей из бурового долота для подземного вращательного бурения, компоновки бурильной колонны для подземного вращательного бурения, обсадной трубы, лифтовой трубы, муфтовых соединений, рабочей колонны, колонны гибких труб, трубы, водоотделительной колонны, плунжера насоса, центраторов, колонны заканчивания скважины, эксплуатационной колонны и устройств для нефтехимической и химической промышленности.
56. Способ по п. 31, в котором стадии осаждения нижнего слоя, осаждения способствующего адгезии слоя или осаждения функционального слоя выбирают из группы, состоящей из физического парофазного осаждения, химического парофазного осаждения в плазменной среде и химического парофазного осаждения.
57. Способ по п. 56, в котором метод физического парофазного осаждения выбирают из группы, состоящей из магнетронного напыления, напыления с поддержкой ионным лучом, катодно-дугового осаждения и импульсного лазерного осаждения.
58. Способ по п. 31, дополнительно включающий стадию последующей обработки функционального слоя для достижения шероховатости поверхности Ra от 0,01 до 1,0 мкм.
59. Способ по п. 58, в котором стадию последующей обработки выбирают из группы, состоящей из механического полирования, химического полирования, осаждения сглаживающих слоев, сверхтонкого полирования с выхаживанием, трибохимического полирования, электрохимического полирования и их сочетания.