Диссертация (Разработка метода обеспечения работоспособности винтовых сопряжений с твердосмазочными покрытиями), страница 5

Посленанесения ВНИИНП-212 образцы подвергаются термообработки притемпературе 150°С в течении 2-х часов [68]. После термообработки иохлаждения, замеряют толщину ТСП и заворачивают в упаковочную бумагу.Предлагаемаятехнологиянанесенияантифрикционныхкомпозиционных покрытий на основе полимерных материалов даетстабильные значения долговечности узлов трения, в которых эти покрытияприменяются в широком диапазоне режимов эксплуатации.34ГЛАВА 2.Методика исследований.2.1 Материалы и покрытия.Для испытаний в качестве ТСП использовалось композиционноепокрытие ВНИИНП-212 на основе мочевиноформальдегидной смолы снаполнителем MoS2, нанесенноена образцы из Стали 45 ГОСТ1050-88(рисунок 2.1).

При этом фактические значения средних исходных толщинпокрытий, определяемых с помощью многофункционального прибораКонстанта К5, изменялось от 16 до 34 мкм. Контробразцы такжеизготовлялись из Стали 45 ГОСТ1050-88 (рисунок 2.2) и имели изотропнуюшероховатость, получаемую доводкой ихповерхностей с помощьюкорундовых порошков и алмазных паст. Средние значения исходныхпараметров микрогеометрии контробразцов, определѐнных с помощьюпрофилографа , представлены в Таблице 2.1.Таблица 2.1Исходные параметры микрогеометрии контробразцов№ образца1234Ra (мкм)0,080,261,763,4Rq (мкм)0,110,342,224,3Rp (мкм)0,290,774,979,9Sm (мм)0,030,040,080,21tm0,690,480,590,3635Рисунок 2.1Образец с ТСП ВНИИ НП-212 дляиспытаний при торцевой схеметренияРисунок 2.2Контробразец для испытаний приторцевой схеме тренияМетодика нанесения шероховатости заключалась в обезжириваниеповерхности контробразца керосином ТС-1 ГОСТ 10227-86, нанесениешероховатости на притирочной плите с помощью различных паст ипорошков и повторном обезжиривании.

Шероховатость Ra 0,08 наносилась спомощью алмазной пасты АСМ Э5/3 НОМ ГОСТ 25593-83, шероховатостьRa 0,32 – алмазной пастой АСМ Э10/7 НОМ ГОСТ 25593-83, шероховатостьRa 1,6 – притирочной пастой ТУ 0254-004-45540231-2000, шероховатость Ra3,2 – корундового порошка. Для каждого вида шероховатости былоизготовлено по 3 контробразца.2.2 Приборы и методики для исследования поверхности контактирующихтел.В качестве оборудования для исследования поверхности образцовиспользовалисьсертифицированноеизмерительноеоборудование:портативный измеритель шероховатости TR200 (Time Group Inc,China),металлографический микроскоп Альтами, многофункциональный приборизмерениягеометрическихпараметровКонстантаК5,растровыйэлектронный микроскоп JEOL JSM-6610LV.Цифровой измеритель шероховатости поверхности ТR-200 (рисунок2.3) – портативный, высокоточный прибор для измерения шероховатостиразличных частей оборудования с возможностью построения графическихпрофилейнажидкокристаллическомдисплее.Многопараметровыеизмерения Ra, Rz, Ry, Rq, Rm, Rt, R3z, Rmax, Sk, S, Sm, tp.

Имеет встроенныйстандартный RS232 интерфейс, для связи с компьютером. Для удобстваиспользованияиспециализированныйповышенияштатив.точностиЦифровойизмеренийизмерительбылизготовленшероховатостиповерхности ТR-200, установленный на штативе, показан на рисунке [62].Рисунок 2.3Цифровой измеритель шероховатости поверхности ТR-20037Технические характеристики цифрового измерителя шероховатостиповерхности ТR-200 [62]:Размеры зоны контроля: 0.25, 0.8, 2.5 мм.Длина сканирования: 5-7 зон контроляДлина измерения: 3-5 зон контроляМаксимальное перемещение поводка: 17.5мм.Цифровой фильтр: Rc (по GB6062), M1 (по DIN 4777), M2 (по DIN4776)Допустимая погрешность: 10%Угол иглы: 90oРадиус игла: 5 мкмПоследовательный порт: Стандарт RS232Блок питания: l A/ 12 В, 220 ВДиапазон рабочих температур: 0-40oCМеталлографический цифровой микроскоп Альтами МЕТ 1М (рисунок2.4) предназначен для исследования микроструктуры металлов и сплавовв отраженномсветев светломполеприпрямомосвещении.Дляфотографирования микроскоп оснащен цифровой видеокамерой Altami USB3150R6½CMOSМаксимальноенаосноверазрешениетрехмегапиксельной2048х1536пикселейматрицыCMOS.позволяетделатьфотографии высокого качества со скоростью 6-10 кадров в секунду.Входящее в комплект программное обеспечение «Altami Studio», позволяетвыводить на экран ПК изображение исследуемого объекта в режимереального времени, управлять всеми настройками камеры и процессомсъемки, проводить различные измерения объектов изображения.38Рисунок 2.4Металлографический цифровой микроскоп Альтами МЕТ 1М.Многофункциональный прибор измерения геометрических параметровКонстантаК5(рисунок2.5)применяетсядляизмерениятолщиныдиэлектрических покрытий, электролитических и других гальваническихпокрытий.

Работа прибора основана на вихретоковом фазовом, вихретоковомпараметрическом и импульсном индукционном принципах полученияпервичной информации. Прибор состоит из блока обработки информации ипреобразователей. Блок обработки информации заключен в корпус, наверхней крышке которого расположена клавиатура, а на торцевойповерхности – разъем для подключения преобразователей. На блокеобработки информации расположен индикатор, на котором отображаютсярезультаты измерений. Тарирование устройства производится с помощьюэталонов, различной толщины.39Рисунок 2.5Многофункциональный прибор измерения геометрических параметровКонстанта К5JEOL JSM-6610LV – многоцелевой растровый электронный микроскоппредназначенный для исследования тонкой структуры металлов и сплавов вовторичных,отраженныхипоглощенныхэлектронах,атакжедляисследования изломов и повреждений поверхности. Данный РЭМ состоит изтрех основных частей: источник питания, электронно-оптической колонны скамерой образцов и коллектором электронов, а также системы индикацииизображения.

JSM-6610LV имеет высоковакуумный и низковакуумныйрежим работы. Низковакуумный режим работы позволяет исследоватьобразцыснизкойэлектропроводностью.РЭМJEOLJSM-6610LVпредставлен на рисунке 2.6.40Рисунок 2.6Растровый электронный микроскоп JEOL JSM-6610LV [31]Основные характеристики растрового электронного микроскопа JEOLJSM-6610LV представлены в таблице 2.2 [32].Таблица 2.2.Характеристики РЭМ JEOL JSM-6610LV [32]ПараметрыУвеличениеПространственноеразрешениеПространственноеразрешение внизковакуумном режимеУскоряющее напряжениеТок лучаДетекторыЗначенияот 5 до 300 0003 нм4 нмот 0,3 кВ до 30 кВот 1 пА до 1 мкАSEI - изображение во вторичных электронах;BEC - изображение в обратно-рассеянныхэлектронах41Аналитические приставкиМаксимальный размеробразцаСтолик образцовСистема вакуумнойоткачкисистема энергодисперсионного микроанализаOxford INCA Energy 350 X-Max 20150 мм диаметром5 координат (X, Y, Z, T, R)ионный, диффузионно-масляный, дваротационных форвакуумных насосаРЭМ использует для создания изображений вторичные электроны (SEI)и обратно-рассеянные электроны (BEC).

Вторичные электроны возникают врезультатенеупругогорассеиванияэлектронов первичногопучкависследуемом материале. Получаемое изображение во вторичных электронахпозволяет более эффективно выявлять особенности рельефа поверхностиисследуемого образца, называемой топографическим контрастом. Этомуспособствует расположение детектора вторичных электронов под угломотносительно оси микроскопа.

При этом выступающая часть исследуемогообъекта заслоняет электронам путь к детектору таким образом, что ближняяк детектору сторона выглядит светлее, а дальняя – темнее. Для углубленныхучастков ситуация оказывается прямо противоположной. То есть повзаимному расположению светлых и темных участков при детектированиивторичных электронов можно судить о выступах и впадинах исследуемогообъекта. Обратно-рассеянные (отраженные) электроны показывают четковыраженные различия материалов по атомному весу. Детектированиеобратно-рассеянных электронов позволяет с высокой эффективностьюразличать материал образцов, а изображение обладает высоким фазовымконтрастом. Возникновение фазового контраста при BEC-детектированиисвязано с зависимостью величины потери энергии электроном пучка отатомного номера химического элемента, с которым произошло столкновение.При наличии в материале образца неоднородности состава, полученноеизображение будет иметь темные и светлые области.

Светлые области – этоучастки с тяжелыми элементами, от которых электроны пучка отображаются42лучше, чем от легких химических элементов, которые отображаются кактемные области [43].Данный РЭМ оснащен рентгеновским спектрометром, который можетиспользоваться для получения карты распределения элементов и анализа.Рентгеноспектральный микроанализ – одно из наиболее популярных методовколичественного неразрушающего элементного анализа. Данный методоснован на детектировании характеристического рентгеновского излучения,генерируемого в зоне взаимодействия первичного пучка ускоренныхэлектронов с образцом. Рентгеноспектральный микроанализ осуществляетсяс помощью спектрометра с дисперсией по энергии рентгеновских квантов.Энергетический спектрометр Oxford INCA Energy 350 X-Max 20 (рисунок2.7)позволяетвыполнятьколичественный(поспискуэлементов)рентгеновские микроанализы с выбором анализируемой области или точки,получать карты распределения элементов по площади [32].Рисунок 2.7Аналитическая приставка для РЭМ Oxford INCA Energy 350 X-Max 20 [32].43Энергетический спектрометр анализирует и отображает сразу весьнайденный спектр и поэтому имеет более высокую скорость наборарентгеновского спектра и удобен для экспресс-анализа.

Для достижениямаксимальнойточностирентгеновскогоизлучениярезультатовследуетизмеренияпроводитьинтенсивностианализпоточкам.Рентгеноспектральный микроанализ позволяет определять химическийсостав образца во всем интервале концентрация от 0,1 до 100% с точностью±2% [32].2.3 Оборудование и методики для испытания пар трения с твердосмазочнымипокрытиями.Для проведения испытаний было разработано и создано устройство дляиспытаний материалов на трение и износ (УМТИ) [59], которое состоит измеханического и электронно-измерительного блоков.

Принципиальная схемамеханического блокапреимуществом, попредставлена на рисунке 2.8. Его существеннымсравнению с аналогичнымиустановкамидлятриботехнических испытаний [62], является использование в качествеприводов вращенияи приложения нормальной нагрузки к испытуемымобразцам универсальных металлорежущих станков, в том числе токарных,сверлильных или вертикально-фрезерных, что позволяет достичь экономиисредств при изготовлении устройства.44Рисунок 2.8Принципиальная схема силоизмерительного блока механической частиУМТИ с узлом для реализации торцевой схемой трения [75].Рисунок 2.9Принципиальная схема узла для реализации пальчиковой схемы трения исхемы сфера-плоскость [75].45Механический блок устройства (рисунок 2.8) работает следующимобразом.