Научная статья на тему 'Исследование триботехнических свойств ионно-плазменных покрытий tin, (TiAl)n, (TiAlSi)N'

Исследование триботехнических свойств ионно-плазменных покрытий tin, (TiAl)n, (TiAlSi)N Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

CC BY
144
28
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ТРИБОТЕХНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА / ИОННО-ПЛАЗМЕННЫЕ ПОКРЫТИЯ / ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ / ТРЕНИЕ СКОЛЬЖЕНИЯ

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Лавро Виктор Николаевич, Николаев Александр Игоревич, Шайхутдинова Эльмира Мукатдасовна, Романова Екатерина Валерьевна

В данной работе проведены исследования структуры, механических и триботехнических свойств ионно-плазменных покрытий полученных с использованием катодов, изготовленных традиционным способом из сплава ВТ1-00, и катодов полученных по технологии самораспростроняющегося высокотемпературного синтеза (СВС).

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим технологиям , автор научной работы — Лавро Виктор Николаевич, Николаев Александр Игоревич, Шайхутдинова Эльмира Мукатдасовна, Романова Екатерина Валерьевна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Исследование триботехнических свойств ионно-плазменных покрытий tin, (TiAl)n, (TiAlSi)N»

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-

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.