CC BY
27
УДК 621.762
ИССЛЕДОВАНИЕ ТРИБОТЕХНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ИОННО-ПЛАЗМЕННЫХ ПОКРЫТИЙ TiN, (TiAl)N, (TiAlSi)N Лавро Виктор Николаевич, доцент (e-mail: [email protected]) Николаев Александр Игоревич, аспирант (e-mail: [email protected]) Шайхутдинова Эльмира Мукатдасовна, магистрант (e-mail: [email protected]) Романова Екатерина Валерьевна, бакалавр (e-mail: [email protected]) Самарский государственный технический университет, г.Самара, Россия
В данной работе проведены исследования структуры, механических и триботехнических свойств ионно-плазменных покрытий полученных с использованием катодов, изготовленных традиционным способом из сплава ВТ 1-00, и катодов полученных по технологии самораспростроняющегося высокотемпературного синтеза (СВС).
Ключевые слова: триботехнические свойства, ионно-плазменные покрытия, износостойкость, трение скольжения.
Для повышения ресурса режущего инструмента, штампового инструмента, деталей машин и механизмов широко применяются методы поверхностного упрочнения. Одним из наиболее эффективных методов является нанесение на рабочую поверхность ионно-плазменных покрытий, вакуум-но-дуговым методом (метод КИБ конденсация ионной бомбардировкой).
В данной работе для получения сложных покрытий были использованы катоды полученные методом СВС - прессования двух систем ТЮо,5-А1 и TiQ),5 -20% А1- 10% Si [1].
Результаты рентгеновского анализа показали, что продукты синтеза рабочего слоя катода системы ТьС-А1 являются двухфазными. Основной фазой является MAX-фаза состава Ti3A1C2 , в рабочем слое этого состава она составляет 98%, остальное составляет интерметалид A13Ti и TiC. Продукты синтеза системы Ti-C-A1-Si являются многофазными и состоят из MAX-фазы Ti3 A1 C2 - 84%; а так же карбида TiC, алюминия титана A13Ti и силицидов титана Ti5 Si3 [2].
MAX-фазы Ti3 A1 C2 представляют собой пластинчатую форму.
Покрытия получали с использованием модернизированной вакуумно -дуговой установки «ЮНИОН». Покрытия наносили на цилиндрические образцы диаметром 15мм и высотой 5мм из стали Р6М5 термообработан-ной по стандартной технологии - закалка-отпуск (твердость HRC = 64~65). Плоская поверхность образцов подвергалась шлифованию и полированию до Ra=0,2мкм. Образцы располагались в вакуумной камере установки пло-
ской поверхностью фронтально относительно плазменного потока с дистанцией нанесения 285 мм.
Технологические параметры конденсации покрытий:
- Напряжение на подложке Ц=100 (В);
- Давление азота в камере Рм=5*10- мм.рт.ст.;
- Время конденсации т=20 мин;
- Температура конденсации Тк= 500о С
Являются постоянными при получении покрытий из различных катодов. Ток дуги испарителя Уд=90(А) для получения покрытия Т1К, для получения покрытий (Т1Л1)К, (Т1Л1Б1)К ток дуги Уд=130(А).Так как температура плавления титана равна 1660° С, а температура плавления МЛХ-фазы Т13 Л1 С равна 2100о С.
Металлографический анализ осуществляли на растровом электронном микроскопе (РЭМ) 1ео1 1БМ-6390Л. Исследование шероховатости выполняли на профилографе - профилометре «Абрис ПМ - 7». Структура полученных покрытий представлена на рис.2
Мкм
1 0,5 0
-0,5 -1
т 1л г-~ ел т «н гч т ^ ю г»
Количество отсечек
б)
Рис.2 а) структура покрытия Т1К, шероховатость поверхности Яа=0,62 мкм; &г=3,3 мкм б) профилограмма покрытия Т1К
)
Мкм
0,6 л
0,4 0,2 0 -0,2
1 1
и*
«Ч «Ч г ^ по ^ 1Л ч *ч *ч *ч
Количество отсчетов
б)
Рис.3 а) структура покрытия (Т1А1)К, шероховатость поверхности Ка=0,04 мкм; 1^=0,182 мкм б) профилограмма покрытия (Т1А1)Ы
30 к V Х1,000 Юмт
Рис.4 а) структура покрытия (Т1А1Б1)К, шероховатость поверхности Яа=0,04 мкм; К^=0,138 мкм б) профилограмма покрытия (Т1А1Б1)К
Несмотря на более высокий ток дуги испарителя, объем микрокапельной фазы у покрытий из многоэлементных нитридов (Т1А1)К, (Т1А1Б1)К, полученных из СВС катодов в 2 - 5 раза меньше, чем у покрытия из одноэлементного нитрида нитрида Т1К. Микроструктура многоэлементного покрытий с размером субзерен 30-36 нм меньше чем у покрытия Т1К в 2-2,5 раза.
Для оценки триботехнических характеристик проведены испытания на сухое трение на трибометре У1А. По схеме торцевого трения вращения, при нагрузке 24 кгс, контр тело из стали 40Х (после т.о. ИЯС = 60) контактная площадь Бк=6,28 мм .
Рис.5 а)образец на испытательном стенде трибометра У1А б) и схема
контр тела.
Процесс изнашивания проводили на воздухе в условиях сухого скольжения со скоростью 1400 об/мин.
Обработка экспериментальных данных осуществлялась с использованием программы «Power-Graph».
Результаты испытаний покрытий на износостойкость приведены на рисунках 6,7,8.
-1-1—1—|—г
0:00:00 0:01:40
1-1-1-1-1—
0:05:00
Рис. 6 Эпюра испытания образца с покрытием Т1К и фотография поверхности образца после испытания
0:00:00
0:01:40
0:03:20
0:05:00
0:06:40
1—|-1—1-1—:—г
0:05:20 0:10
Рис. 7 Эпюра испытания образца с покрытием (Т1Л1)К и фотография поверхности образца после испытания
& о.
* * ■=; о_ и-. г ■ и ^ ■ §3 . О _ и-| о
т о "
о _ Гм О _
го о
-.-.■.Л 1..-.гтт=т.:..._......
1 3- н -£ О _ о _ о -о _ 'УГ
.X......1....... ....... .....1....... .......1.......
о-- ....... ■■■■!.......1.......
—1—I—1—1—|—1—I—1—1—|—I—1—I—1—|—1—1—1—1—|—I—1—1—I—|—1—1—1—I—|—1—I
0:00:00 0:01:40 0:03:20 0:05:00 0:06:40 0:03:20 0:10:00
Рис.8 Эпюра испытания образца с покрытием (Т1А1Б1^ и фотография поверхности образца после испытания
К основным свойствам покрытия, определяющих его главные функции в процессе трения, относятся износостойкость и коэффициент трения. Были выполнены сравнительные исследования трибологических свойств СВС-прессованных катодов, и покрытия Т1К.
Экспериментально определяли коэффициент трения /р, скорость износа покрытий у определялась по формуле:
у -р (1)
Где Ни - толщина покрытия; ¿рп - время работы покрытия до появления первых очагов износа; ки - коэффициент износа.
Результаты экспериментальных данных трибологических свойств покрытий приведены в таблице 1.
Таблица 1.
Покрытие Толщина (мкм) Сила трения (Сред.) (Н) Нормальная нагрузка (кгс) Коэф. трения (сред) Коэф. износа Скорость износа мкм/м время работы до разрушения (сек)
т 3,1 7,84 23 0,34 1 0,51 360
(Т1Л1)К 2,1 9,56 33,9 0,28 0,8 0,27 371
(Т1Л1Б1) N 2 8,2 26,2 0,31 0,4 0,08 572
Сравнение приведенных результатов показывает, что наибольшей износостойкостью обладают покрытия, полученные из СВС-катодов состава ТЮо,5-Л1 и ТЮо,5-20%А1-10% Эти покрытия характеризуются наименьшим измеряемым значением износа. В целом время работы многокомпонентных покрытий до появления первых очагов износа в 1,1 и 1,8 раза больше, чем для покрытия Т1К. Среди рассматриваемых покрытий покры-
тие из СВС-прессованного катода Т1С0;5-20%Л1-10% характеризуется наилучшим сочетанием механических свойств. Следует отметить что покрытия (Т1Л1)К и (Т1Л1Б1)К обладают более совершенной структурой из за отсутствия капельной фазы (в 3-5 раза меньше чем у покрытия Т1К), которая служит очагом разрушения. Соответственно это покрытие имеет максимальную износостойкость.
Список литературы
1. Получение вакуумно-дуговых ТьЛ1-К - покрытий с использованием многокомпонентных СВС - прессованных катодов [Текст] / А.П. Амосов, А. А. Ермошкин, А.Ф. Федотов, В.Н. Лавро, Е.И. Латухин, К.С. Сметанин, С.И. Алтухов // Заготовительные производства в машиностроении, 2011, № 8, с.43-45.
2. Вакуумно-дуговые покрытия, полученные из многокомпонентных СВС-прессованных катодов систем Т1С-Л1-Б1 [Текст] / А.А. Ермошкин, А.Ф. Федотов, В.Н. Лавро, К.С. Сметанин // 13-ая Международная научно-практическая конференция «Технология ремонта, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки от нано- до макроуровня». С-Петербург, 2011, с. 122-127.
ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ВАЛА РОТОРА ТУРБОКОМПРЕССОРА ЭЛЕКТРОИСКРОВОЙ ОБРАБОТКОЙ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННЫМИ
НАНОМАТЕРИАЛАМИ ЛатыповРашит Абдулхакович, д.т.н., профессор Московский государственный машиностроительный университет
г.Москва, Россия Денисов Вячеслав Александрович, д.т.н., с.н.с. Всероссийский научно-исследовательский технологический институт ремонта и эксплуатации машинно-тракторного парка, г.Москва, Россия Агеев Евгений Викторович, д.т.н., профессор E-mail: [email protected] Юго-Западный государственный университет, г.Курск, Россия
Представлены результаты разработки технологии восстановления вала ротора турбокомпрессора электроискровой обработкой электроэрозионными наноматериалами, которая позволит обеспечить экономию металла, топлива, энергетических и трудовых ресурсов, а также рациональное использование природных ресурсов и охрану окружающей среды.
Ключевые слова: вал ротора турбокомпрессора, быстрорежущая сталь, электроэрозионное диспергирование, электроискровая обработка.
Выбором рациональных методов восстановления деталей автомобилей начали заниматься с появлением промышленных видов ремонта. Как показывает практика, порядка 85% деталей восстанавливаются при износе не более 0,3 мм, то есть их работоспособность восстанавливается при нанесении покрытия незначительной толщины. Для восстановления деталей с та-
