Тунік Алла Юріївна. Розробка складу та дослідження газотермічних антифрикційних покриттів з добавками твердих мастил

brief description

Тунік Алла Юріївна. Розробка складу та дослідження газотермічних антифрикційних покриттів з добавками твердих мастил : Дис... канд. наук: 05.16.01 - 2002.

Тунік А.Ю. Розробка складу та дослідження газотермічних покриттів з добавками твердих мастил. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.16.01 Металознавство та термічна обробка металів. Ін-т електрозварювання ім. Є.О.Патона НАН України, Київ, 2001.
Захищаються результати досліджень закономірностей формування антифрикційних покриттів до складу яких входять тверді мастила (С, CaF2, FemOn). Вивчено вплив методів газотермічного напилення, виду матеріалу і кількості твердого мастила на фазовий склад, структуру, та властивості покриттів. На основі проведених досліджень визначено оптимальні технологічні режими та склад порошків. Отримані антифрикційні покриття з твердими мастилами , які можуть працювати в умовах сухого тертя і підвищених температур.

1. Аналіз досвіду використання твердих мастил у складі антифрикційних матеріалів та покриттів свідчить про ряд переваг, якими вони володіють порівняно з рідкими мастилами. Застосування твердих мастил виключає необхідність періодичного введення мастильного матеріалу, що важливо для систем управління та інших механізмів авіаційної, автомобільної, космічної та інших видів техніки. Найбільш доцільне використання твердих мастил у складі антифрикційних покриттів, які наносять на поверхню вузла тертя методами ГТН, при цьому вміст твердого мастила в покритті має бути в межах 10...20 об. %.
2. Використано процес ГТН для одержання покриттів, що містять тверді мастила графіт, фтористий кальцій та оксиди заліза. Графіт вводили до складу часток КП FeCr-TiC-Мо-С, оксиди заліза вводили до складової частини механічних сумішей порошків FeCSi + FemOn. Фтористий кальцій перебував як у складі КП Сr2О3-ТiО2-CaF2, так і в механічній суміші FeCSi+CaF2. З метою оцінки впливу умов ГТН на формування покриттів з твердими мастилами використовували різні методи ГТН, які відрізняються складом робочих газів та швидкістю високотемпературних газових струменів (ПГПН, НПГПН, ПН-Ar+H2, ДН).
3. Проведені дослідження міжфазних взаємодій, які розвиваються в процесі ГТН при взаємодії напилених часток з газовим струменем та в об’ємі часток КП показали: у випадку напилення FeCr-TiC-Мо-С відбувається часткове окислення FeCr і TiС з утворенням оксидів титану і складних оксидів титан-хром-залізо з вигорянням часток твердого мастила - графіту (зниження вмісту графіту від 25 до 17 об. %). Нагрівання часток Сr2О3-ТО2-CaF2у високотемпературному струмені супроводжується взаємодією компонентів з формуванням складних оксидів Тi-Сr-О и Тi-Сr-Са-О. При напилені механічних сумішей FeCSi+FemOnвстановлено перехід, g-Fea-Fe та Fe2O3Fe3O4. Зміни фазового складу матеріалів, що відбуваються, можуть позначитися на їх триботехнічних властивостях, зокрема Fe3O4має вищі мастильні властивості, ніж вихідний Fe2O3.
4. В процесі дослідження мікроструктури напилених покриттів встановлено розбіжності в характері її залежності від складу покриття і методу напилення. Високошвидкісні методи (ДН та НПГПН) забезпечують формування дрібнодисперсної структури з товщиною ламелей до 5 мкм і рівномірним розподілом включень твердого мастила в об'ємі покриттів, а також з підвищеною когезійною міцністю. При дозвукових плазмових методах напилення товщина ламелей сягає 30 мкм. Встановлено перевагу ДН та НПГПН (міцність зчеплення з основою 35...45 МПа при напиленні КП і 55...70 МПа при напиленні механічних сумішей, проти, відповідно 10...30 МПа, і 15...35 МПа при дозвукових методах.
5. Триботехнічні випробування розроблених покриттів в умовах сухого тертя при кімнатній температурі показали, що при швидкостях ковзання 0,5...3,0 м/с коефіцієнт тертя детонаційних покриттів з КП FeCr-TiC-Мо-С і Сr2О3-Тi2-CaF2становить відповідно 0,10...0,15 та 0,13...0,16 при інтенсивності зносу 0, 01...0,40 мг/км. Коефіцієнт тертя покриттів з механічних сумішей, отриманих НПГПН, у випадкуFeCSi+20 об.% CaF2залежить від навантаження і змінюється від 0,16 при 10 Н до 0,10 при 70Н. Аналогічне зниженняfвиявлене при зміні швидкості ковзання від 1 до 3 м/с. Покриття з механічної суміші FeCSi+20об.% FemOnмають більш високий коефіцієнт тертя (0,21...0,60), але достатню зносостійкість (0,05...0,11 мг/км).
6. Вивчення триботехнічних властивостей покриттів із механічних сумішей на основі FeCSi при температурах до 400оС дозволило встановити екстремальну залежність коефіцієнта тертя від температури з наявністю максимуму при 100оС. Утворення вторинних структур з підвищеним вмістом нижчих оксидів заліза у випадку FemOnі активацією процесу розшарування твердомастильних включень у випадку СаF2призводить до зниження опору зрушенню молекулярного зв'язку і зменшенню коефіцієнта тертя від 0,25...0,3 при 20оС до 0,1...0,2 при 400оС.
7. Розроблені покриття і технології ГТН рекомендовані для застосування у вузлах тертя двигунів внутрішнього згоряння, різних видів шарнірних з'єднань та деяких інших елементів авіаційної техніки.