Корнієнко Анатолій Олександрович. Формування триботехнічних властивостей композиційних електролітичних покриттів на основі нікелю створенням градієнтних структур

Краткое описание

Корнієнко Анатолій Олександрович. Формування триботехнічних властивостей композиційних електролітичних покриттів на основі нікелю створенням градієнтних структур : дис... канд. техн. наук: 05.02.04 / Національний авіаційний ун-т. — К., 2007. — 170арк. : рис. — Бібліогр.: арк. 158-167.

Корнієнко А. О. Формування триботехнічних властивостей композиційних електролітичних покриттів на основі нікелю створенням градієнтних структур. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.04 тертя та зношування в машинах. Національний авіаційний університет, Київ, 2007.
Дисертацію присвячено розробленню градієнтних композиційних електролітичних покриттів зміцнених макро- та наночастинками з керованими триботехнічними властивостями. Проведено аналітичні дослідження напружено-деформованого стану одно- та багатошарових градієнтних КЕП, навантажених силами тертя. Експериментально встановлено оптимальні щодо зносостійкості будову та режими нанесення КЕП Ni-SiC. Визначено вплив кількості та розміру частинок наповнювача на триботехнічні властивості покриттів. Проведенням експериментальних досліджень впливу градієнта будови КЕП на триботехнічні властивості встановлено, що більш високою зносостійкістю характеризуються градієнтні КЕП з прямим” градієнтом будови, що узгоджується з теоретичними розрахунками напружено-деформованого стану. Дослідженнями встановлено, що із введенням одночасно макро- та наночастинок в КЕП значно підвищується зносостійкість таких покриттів. Показано, що оплавленням покриттів Ni-SiC, які містять додатково бор, можна значно підвищити їх фізико-механічні властивості та зносостійкість. При цьому для оплавлення більш ефективним є застосування лазера, а створення дискретно-оплавлених покриттів дозволяє отримати значно вищі триботехнічні властивості порівняно з повністю оплавленими покриттями.

На підставі проведених теоретичних і експериментальних досліджень у дисертації вирішено важливе науково-технічне завдання розроблення градієнтних електролітичних покриттів на нікелевій основі з керованими триботехнічними властивостями:

На підставі аналітичних розрахунків напружено-деформованого стану КЕП, навантажених силами тертя, встановлено, що композиції, які містять 30 40 % об’ємних часток зміцнювальних включень, мають мінімальні локальні дотичні напруження у матриці. Показано, що для композиційних матеріалів, у яких механічні властивості компонентів і матриці близькі, концентрація напружень зменшується зі збереженням характеру її зміни від умісту зміцнювальної фази. Вищими механічними властивостями характеризуються покриття із стовпчастою будовою зміцнювальних фаз.

Проведено дослідження напружено-деформованого стану багатошарових композицій. Показано, що максимальні напруження, як дотичні, так і нормальні, зосереджуються у верхньому шарі і в міру віддалення від поверхні поступово зменшуються; у багатошарових покриттях максимальні напруження виникають на поверхні та в шарі з найвищими механічними властивостями; зі збільшенням коефіцієнта тертя м збільшуються дотичні напруження та нормальні напруження розтягу. Встановлено, що із нанесенням покриттів на градієнтний підшар відбувається значний перерозподіл напружень та їх зменшення. Найменшими напруженнями характеризуються покриття нанесені на градієнтний підшар з прямим” градієнтом властивостей.
Дослідженнями впливу кількості та розміру частинок наповнювача на триботехнічні властивості покриттів установлено, що найвищою зносостійкістю характеризуються нікелеві КЕП з наповнювачем фракції 28/20 мкм, об’ємна частинка якого становить 20 25 %. За такого вмісту наповнювача відношення міжцентрової відстані частинок до їх розміруL/dстановить 3. ПриL/d<3 внаслідок зменшення відстані між частиками (об’ємна частка більше 40 %) відбувається значне локальне зміцнення матриці, що призводить до зниження міцності композиції через утворення тріщин на ослаблених межах розділу частинка частинка. ЯкщоL/d>>3, то зміцнення буде не суттєвим і <у1>/<упл>мнаближується до одиниці.
Установлено вплив структурного градієнта на зносостійкість КЕП. Порівняно з аналогічними одношаровими покриттями зносостійкість КЕП із прямим” градієнтом будови, тобто покриттів, у яких шари розміщуються від основи у порядку зменшення в них умісту та розміру частинок наповнювача і верхнім є найбільш зносостійкий шар (з включеннями SiC дисперсністю 20 28 мкм), підвищується в 1,5 2 рази. Це пояснюється сприятливим розподілом напружень, які виникають під час тертя, що узгоджується з теоретичними розрахунками напружено-деформованого стану.
Уперше встановлено, що ефективним щодо підвищення зносостійкості КЕП є введення у пластичну нікелеву матрицю одночасно частинок SiC двох фракцій: наночастинки (близько 50 нм) для дисперсного зміцнення матриці та макрочастинки (28/20 мкм). Зносостійкість таких композицій в 1,3 разу вища, ніж покриттів з частинками фракції 28/20 мкм та на порядок більша ніж у КЕП зміцнених лише наночастинками.
Установлено, що термічна обробка КЕП складу Ni+B+SiC значно підвищує їх триботехнічні властивості завдяки отриманню в покриттях включень боридів Ni3В та евтектики NiNi3В, особливо за високих навантажень. Показано, що введення частинок SiC значно підвищує зносостійкість оплавлених КЕП порівняно з покриттями складу Ni+B.
Показано, що порівняно з покриттями, оплавленими у вакуумі, лазерна обробка покриттів значно підвищує їх триботехнічні властивості за рахунок більшої дисперсності структурних складових, що характеризуються вищими механічними властивостями. Визначено, що дискретно-оплавлені покриття зі створенням структури стовпчастого типу характеризуються вищими триботехнічними властивостями та встановлено оптимальну площу оплавлення 25 40%. Порівняно з суцільно оплавленими покриттями зносостійкість таких покриттів у три рази вища.
Розроблені КЕП Ni+SiC у міру зростання їх зносостійкості розміщуються таким чином: одношарові покриття із включеннями фракції 28/20 мкм; покриття із співосадженими макро- та наночастинками; покриття з частинками фракції 28/20 мкм нанесені на підшар з прямим” градієнтом будови; термічно оброблені покриттяNi+B+SiC у разі їх суцільного оплавлення у вакуумі, лазером та дискретним оплавленням смугами і точками.
Результати виконаних досліджень дозволили розробити необхідні рекомендації щодо формування КЕП з високими триботехнічними властивостями. Виробничі випробування технологічного процесу зміцнення і відновлення деталей КЕП системи NiSiC виконано без зауважень і показали підвищення довговічності в 1,5 2 рази порівняно із заводською технологією виготовлення. Результати роботи використовуються в навчальному процесі при читанні курсу Матеріалознавство та технологія конструкційних матеріалів” у Національному авіаційному університеті.