CC BY
7ТЕХНОЛОГИИ И СРЕДСТВА ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ В СЕЛЬСКОМ
ХОЗЯЙСТВЕ
УДК: 621.794.61:620.178.16-047.37
ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ПОКРЫТИЙ, ПОЛУЧЕННЫХ КОМБИНИРОВАННЫМ СПОСОБОМ
Ю.А. Кузнецов, Д.Г. Прохоров
ФГБОУ ВО «Орловский государственный аграрный университет имени Н.В. Парахина», Россия, г. Орел
Аннотация. В статье приведены результаты сравнительных испытаний износостойкости комбинированных покрытий, полученных газопламенным напылением с комплексным применением плазменно-электролитического оксидирования. Многослойные износостойкие покрытия формировали на образцах, изготовленных из коррозионно-стойкой стали 12Х18Н10Т, которая широко используется для изготовления деталей оборудования перерабатывающих производств АПК. Покрытия на основе алюминия наносились газопламенным напылением, а затем, с целью увеличения износосостойкости, производилось их упрочнение плазменно-электролитическим оксидированием. Упрочнение напыленных покрытий осуществляли на установке для плазменно-электролитического оксидирования в электролите типа «КОН - Иа2БЮз». Испытания проводили в условиях граничной смазки на машине трения «ИИ-5018» по схеме «колодка-ролик». В ходе исследований установлено, что износостойкость опытных покрытий в 5 раз выше износостойкости коррозионно-стойкой стали, принятой за эталон сравнения. Полученные покрытия рекомендуются для восстановления изношенных деталей оборудования АПК различной номенклатуры, изготовленных из коррозионно-стойких сталей.
Ключевые слова: покрытие, газопламенное напыление, плазменно-электролитическое оксидирование, упрочнение, износ
Введение
Нанесение покрытий на поверхности материалов, регулирование их состава и структуры дает возможность наиболее рационально использовать свойства материалов основы и модифицированных слоев, экономить дорогостоящие металлы и сплавы [1-5].
Среди перспективных способов получения композиционных покрытий на деталях машин, изготовленных из алюминиевых сплавов, особые перспективы имеет плазменно-электролитическое оксидирование (ПЭО). В литературе оно также известно под названиями «микродуговое оксидирование», «микроплазменный синтез», «ANOF-process» (anodischen oxidation unter funkenentladung). Покрытия, полученные данным способом тверды, износостойки, обладают высокими коррозионными свойствами [5-6].
Анализ литературных источников показывает, что процесс формирования композиционных оксидно-керамических покрытий методом ПЭО нуждается в существенной оптимизации. В частности, данный метод не позволяет получать износостойкие покрытия, способные компенисировать износ деталей. Процесс ПЭО не возможен на делатях, изготовленных из железоуглеродистых сплавов [5, 6].
Устранить подобные недостатки рассматриваемого способа можно за счет применения комбинированных способов [6, 7]. В качестве одного из них, можно предложить использование газопламенного напыления и плазменно-электролитического оксидирования. Суть его заключается в том, что в начале, на деталь газопламенным напылением наносится алюминийсодержащий порошковый материал, а затем, после его механической обработки, проводится упрочнение ПЭО.
Цель исследований
Дать оценку износостойкости покрытий, сформированных на деталях, изготовленных из коррозионно-стойких сталей газопламенным напылением алюминийсодержащего порошкового материала с комплексным применением плазменно-электролитического оксидирования.
Условия, материалы и методы
Для проведения исследований использовали образцы, изготовленные из коррозионно-стойкой стали 12Х18Н10Т.
Для напыления покрытий применяли порошковые газопламенные горелки фирмы «TERMЖA» (рис. 1).
щд^ м
\ 1 I, 1
V +
а) б)
Рисунок 1 - Степень Газопламенные горелки «ТЕЯМЖА»: а) «Искра-1»;б) «Искра-1В».
Для упрочнения напыленных покрытий использовали лабораторную установку для плазменно-электролитического оксидирования (рис. 2). В качестве электролита служил водный раствор типа «КОН - Иа^Юз».
а) б)
Рисунок 2 - Общий вид установки для плазменно-электролитического оксидирования: а - блок управления; б - электролитическая ванна.
Испытания на изнашивание проводили на машине трения ИИ-5018 в молочной среде по схеме, приведенной на рис. 3. За эталон сравнения принимались стальные образцы без покрытий.
Значение износа образцов определяли гравиметрическим методом на весах АДВ-
200М.
Рисунок 3 - Схема испытаний пар трения на изнашивание: 1 - колодка; 2 -кран;
3 - электродвигатель; 4 - лопастная мешалка; 5 - резервуар для жидкости; 6 - ролик.
Результаты и обсуждение
Испытания износостойкости сравниваемых пар трения показали, что зависимость износа от продолжительности испытаний носит линейный характер (рисунки 4 и 5).
В ходе исследований был подобран рациональный состав электролита для упрочнения покрытий, полученных газопламенным напылением алюминийсодержащего порошкового материала: КОН - 3 г/л, Ма2БЮ3 - 6 г/л, остальное дистиллированная вода.
Было установлено, что износостойкость упрочненного покрытия, полученного на коррозионностойкой стали, в 5 раз выше износостойкости этой же стали без покрытия. После 20 часов испытаний суммарный износ исследуемой пары трения составил 1,08 г, а эталонной без покрытия - 1,69 г.
При этом, скорость изнашивания упрочненной эталонной пары трения составила 0,054 г/ч , а неупрочненной - 0,085 г/ч.
Общий вид образцов, после проведенных испытаний показан на рис. 6.
И, г
0,36 0,3 0,24 0,18 0,12 0,06 0
1 ^
А
12
16
20 Т, ч
Рисунок 4. - Изменение износа роликов с упрочненными покрытиями от продолжительности испытаний. Режимы ПЭО: ДТ = 20 А/дм2, 11обр = 120 мин. Электролит: 1 -
0
4
8
СКОН - 7 г/л, С^гБЮз - 6 г/л; 2 - СКОН - 6 г/л, СЫа^Юз - 6 г/л; 3 - СКОН - 3 г/л,
С^БЮз - 6 г/л.
Т, ч
Рисунок 5 - Изменение износа сравниваемых образцов от продолжительности испытаний : 1 - ролик без покрытия; 2 - ролик с упрочненным покрытием. Режимы ПЭО: ДТ = 20 А/дм2, 11обр = 120 мин. Электролит: СКОН - 3 г/л, СИа28Ю3 - 6 г/л.
Рисунок 6 - Общий вид образцов после проведения испытаний: а) ролик без покрытия;. б) ролик с покрытием
Выводы
Проведенные испытания сравниваемых пар трения на изнашивание показали, что многослойные покрытия, полученные на коррозионно-стойких сталях газопламенным напылением с комплексным применением плазменно-электролитического оксидирования характеризуются высокой износостойкостью и могут быть рекомендованы для восстановления и упрочнения деталей машин перерабатывающего оборудования АПК различной номенклатуры.
Список использованных источников:
1. Афанасьева Л.Е., Раткевич Г.В., Новоселова М.В. Роль структурного фактора в повышении износостойкости N1 - СЯ - В - Б1-покрытия после лазерной обработки // Металловедение и термическая обработка металлов. - 2019. - № 9 (771). - С. 55-60.
2. Ловшенко Ф.Г., Федосенко А.С. Плазменные покрытия из механически синтезированных композиционных порошков на основе системы "железо-алюминий" // Литье и металлургия. - 2020. - № 3. - С. 84-92.
3. Гузанов Б.Н., Большакова М.Ю., Обабков Н.В. Температуроустойчивые износостойкие керметные покрытия для газотурбостроения // Литейные процессы. - 2014. -№ 13. - С. 120-131.
4. Лялякин В.П. Восстановление деталей машин - важное направление импортозамещения в агропромышленном комплексе // Ремонт. Восстановление. -Модернизация. - 2019. - № 9. - С. 3-5.
5. Yurekturk Y., Muhaffel F., Baydogan M. Characterization of micro arc oxidized 6082 aluminum alloy in an electrolyte containing carbon nanotubes // Surface and Coatings Technology. - 2015, v. 269, ISS. 1. - P. 83-90.
6. Markov, M.A. Study of the microarc oxidation of aluminum modified with silicon carbide particles/ Markov M.A., Previslov S.N., Krasikov A.V., Gerashchenkov D.A., Bykova A.D., Fedoseev M.L. // Russian Journal of Applied Chemistry. - 2018 - Vol. 91. - No. 4. - P. 543-549.
7. Kuznetsov Yu.A., Kravchenko I.N., Goncharenko V.V., Glinskii M.A. Machining of the ceramic oxide coating formed by plasma electrolytic oxidation // Russian metallurgy (Metally). -2018. - Т. 2018. - № 13. - С. 82-86.
Кузнецов Ю.А., доктор технических наук, профессор Прохоров Д.Г., аспирант Email: kentury @ yandex. ru ФГБОУ ВО «Орловский государственный аграрный университет имени Н.В. Парахина», Россия, г. Орел
STUDY OF WEAR RESISTANCE OF COATINGS OBTAINED BY THE COMBINED
METHOD Kuznetsov Yu.A., Prokhorov D.G. Orel State Agrarian University named after N.V. Parakhin, Russia, Orel
Annotation. The article presents the results of comparative tests of the wear resistance of combined coatings obtained by flame spraying with the complex application of plasma-electrolytic oxidation. Multilayer wear-resistant coatings were formed on samples made of corrosion-resistant steel 12Х18Н10Т, which is widely used for the manufacture of equipment parts for processing industries of the agro-industrial complex. Aluminum-based coatings were applied by flame spraying, and then they were hardened by plasma-electrolytic oxidation. Strengthening of the sprayed coatings was carried out on an installation for plasma electrolytic oxidation in an electrolyte of the "KOH - Na2SiO3" type. The tests were carried out under conditions of boundary lubrication on a friction machine "ИИ-5018" according to the "block-roller" scheme. In the course of research, it was found that the wear resistance of the test coatings is 5 times higher than the wear resistance of corrosion-resistant steel, taken as a comparison standard. The obtained coatings are recommended for the restoration of worn-out parts of agro-industrial complex equipment of various nomenclature, made of corrosion-resistant steels.
Key words: coating, flame spraying, plasma electrolytic oxidation, hardening, wear
Kuznetsov Yu.A., doctor of technical Sciences, Professor Prokhorov D.G., postgraduate student Email: kentury@ yandex. ru Orel State Agrarian University named after N.V. Parakhin, Russia, Orel
