Диссертация (1137132), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Например, в таблице5, приводятся данные по влиянию среды на объем аморфизированной фазы.Таблица 5 [27].Среда измельченияВоздухВоздух +1,2% водыВоздух+80% водыУдельнаяСодержаниеУдельнаяСодержаниеУдельнаяСодержаниеповерхностьаморфнойповерхностьаморфнойповерхностьаморфнойм2/гфазы, %м2/гфазы, %м2/гфазы, %9,46,29,43,19,43,118,810018,89,418,89,4--50,050,050,028,1----140,692,2В работе [13] подчеркивается, что если даже в кварце можно приизмельчении получить аморфизованные слои, то при переработке иизмельчении минералов с более сложной структурой вполне вероятнымявляется изменение структуры этих минералов.Известным примером дегидратации при измельчении минеральныхвеществ является потеря воды при сухом измельчении гипса [28]. В процессеизмельчения в мельнице он теряет кристаллизационную воду, обволакиваетмелющие тела и стопорит измельчение.17Процесс гидратации обычно происходит при измельчении некоторыхминеральных веществ в воде.
В таблице 6 представлено изменениесодержания воды в слюдах на примере мусковита и флогопита [13, 28].Таблица 6. Гидратация слюд при измельчении в воде [13]Время0 (исходный)101530измельчения,мин.МатериалКоличество H2O, удаленной при 105 0С, %Мусковит0,072,496,736,79Флогопит0,042,263,264,67Также можно выделить особенности природных материалов, которые,возможно, способствуют достижению уникальных параметров поверхности,модифицированной минералами [13, 24]:- минералы сформировались под воздействием высоких давлений итемператур, которые недостижимы при промышленном получении;- минералы получают из горных пород, содержащих значительноеколичество примесей, которые в ряде случаев могут быть полезными иулучшать свойства природного материала;- минералы содержат до сотни различных атомов различных веществ в одноймолекуле, при этом атомы могут быть объединены в группы, которые могутменять свои аллотропические состояния при различном воздействии наповерхность образца или детали.Однако, несмотря на имеющийся задел выполненных научных работ поисследованию свойств деталей, подвергнутых воздействию технологииминеральных покрытий, оказалось, что микроструктура модифицированногоминералами слоя так и не была исследована.
До недавнего времени былонеизвестно, что же все-таки представляет металлическая поверхность после18применения процессов технологии минеральных покрытий: это покрытиеили модифицированный слой? Исследователи, инженеры и менеджерыоперировали устоявшимся термином «минеральное покрытие» не даваяпояснение, что же оно собой представляет.Такженужноотметить,чтокэкспериментальнымданным,опубликованных во многих статьях, имеется много вопросов, остающихсябез ответа из-за отсутствия важных деталей, что приводит к тому, что частьэкспериментов невозможно повторить и корректно интерпретировать, атакже использовать при расчетах. Ситуация усложняется тем, что существуетпроблема корректности измерения физико-механических свойств тонкихпокрытий и тонких модифицированных слоев [29], возникающая из-заналичия факторов, приводящих к методическим ошибкам для некоторыхметодов измерения износостойкости, твердости, модуля упругости и т.д.Расчетные модели и сущностные причины, лежащие в их основе, могутбыть проверены, в том числе на основе качественных экспериментальныхданных.
В настоящее время, попытки расчетов и построения моделей (дажекачественных) поверхности с ультрадисперсными частицами минераловприродного происхождения по молекулярно-механической теории или наоснове упомянутого выше энергетического подхода дают значения, напорядки величины отличающиеся от экспериментальных [30-31].
На нашвзгляд, проблема, в том числе в корректности результатов измерений, вдальнейшем используемых при расчетах по любой из моделей.В частности, износостойкость, наряду с другими триботехническимипараметрами является одной из важнейших интегральных характеристикповерхности.Относительнонебольшаявеличинапокрытияилимодифицированного слоя (в нашем случае от единиц микрон до несколькихдесятков микрон) создают сложности корректного измерения некоторыхфизико-механических свойств покрытий или слоев.
Традиционно контактныеметоды измерения параметров предполагают внедрение индентора вглубь19материала от поверхности. Отклик на физическое воздействие в местеконтактабудетзависетьотвеличиныупругогодеформирования,пластического оттеснения материала, микрорезания, схватывания пленок илиповерхностей. Наиболее значительными факторами, вносящими искажениепри регистрации отклика, являются шероховатость поверхности, остаточныенапряжения и влияние подложки. Влияние подложки или объема основногометалла состоит в том, что для системы «модифицированный слой –основной металл» регистрируемый отклик материала при измерении зависити от свойств слоя и от свойств объема металла.
Одним из способов,лишенным некоторых указанных выше недостатков, является методсклерометрии [32]. Учитывая достоинства метода [30, 32], часть измеренийбыла нами выполнена с использованием сканирующего нанотвердомера«НаноСкан-3D» [29, 32]. Этот прибор позволяет исследовать механическиесвойства поверхностей методом склерометрии и проводить испытания наизнос [32].Исследование параметров деталей и механизмов с минеральнымипокрытиямиУчитывая универсальность технологии минеральных покрытий ивозможность повышения ресурса пар трения любых механических систем,исследования параметров и характеристик деталей, узлов и механизмов сминеральными покрытиями в разное время проводились на большомколичестве деталей и устройств различных отраслей.Первые исследования были выполнены для деталей турбинного инасосного оборудования [21]. Существует проблема повышения ресурсаэнергооборудования, работающего на геотермальном паре при температурах160-170 0С, содержащего большое количество растворимых и нерастворимыхсолей и газов (содержание H2S 10-13% по объему, общее солесодержание –0,5 ppm).
Совокупное воздействие агрессивной среды приводит к тому, чтосистемы управления и регулировки, выполненные из высоколегированной20стали, подвергаются коррозии и покрываются окислами уже через несколькочасовработы,чтоприводитсистемууправлениятурбинойвнеработоспособное состояние [21]. Для решения этих проблем быливыполнены сравнительные исследования коррозионной стойкости деталей сминеральными покрытиями в среде NaCl, исследование изнашивания втулокподшипников с минеральным покрытием, в том числе, работающих наводяной смазке [12, 21]. Практическое использование минеральныхпокрытийнадеталяхрегулированияКамчатской(Мутновской)геотермальной станции показало прекрасные результаты – начиная с 2005года, детали стоят без замены, что подтверждено актами эксплуатационныхиспытаний.
В дальнейшем были определены значения интенсивностиизнашивания различных деталей двигателей внутреннего сгорания [11] и кпдсамих двигателей, механизмов крупных турбин [22], зубчатых колесприводных механизмов [23], компрессоров [33], деталей и оборудованияметаллургических комплексов, горнопроходческого оборудования [34],оборудования для металлообработки [36-37].Такие возможности технологии, как возможность формированияминеральныхслоевнадеталяхвозможностьмодификациисложнойповерхностиформыприиконфигурации,относительнонизкихтемпературах создания слоев, без изменения геометрических размеров,определили еще один объект для применения – резьбы и резьбовыесоединения вида муфта-ниппель, изготовленные из различных видов сталей,используемыевсудостроении,нефтегазодобыче,машиностроении,триботехнические параметры которых до недавнего времени оставалисьнеизвестными. Очевидна необходимость и актуальность исследованияизносостойкости резьбовых соединений с минеральными покрытиями дляувеличения ресурса деталей из стали.Другой проблемой является изменение триботехнических параметровприлокальноми/илиобщем нагреве,котороеможетпривестик21интенсификации разрушительных процессов на поверхности и в объемедетали, что влияет на ее износостойкость и ресурс.
Нагрев при работе ипоследующее ускорение процесса изнашивания, например, подшипниковскольжения и качения, редукторов, червячных передач и других деталейявляетсятипичнымслучаем,возникающимприработеразличныхмеханизмов и устройств, особенно большой массы. Поэтому уменьшениекоэффициента трения или его стабилизация при нагреве, снижениетемпературы трущихся металлических поверхностей является актуальнойзадачей материаловедения практически для всех отраслей промышленности.Определениетемпературнойзависимостикоэффициентатренияметаллической детали, позволяет в некоторых случаях прогнозироватьресурс различных деталей и может служить базовым экспериментом припрогнозировании свойств различных деталей с минеральными покрытиями вдругих случаях.Цель и задачи диссертационного исследованияЦелью работы является получение новых данных об измененияхструктуры поверхности и приповерхностных слоев, а также механическихсвойств ряда конструкционных материалов (низкоуглеродистых сталей,сплавов титана и алюминия), модифицированных ультрадисперснымичастицами минералов, для разработки эффективных способов улучшениятрибологическиххарактеристикматериаловиизделийизнихвэксплуатационных условиях.В настоящей работе были решены несколько актуальных практическихзадач:- получение новых данных об изменениях структурыметаллическойповерхности и приповерхностных слоев образцов из ферритно-мартенситнойхромистой стали и титанового сплава ВТ6 (Тi-Аl-V) при созданииминеральных покрытий;22- получение новых данных о механических свойствах титанового сплава ВТ6(Тi-Аl-V), модифицированного ультрадисперсными частицами минералов,используя метод склерометрии для минимизации влияния подложки;- получение новых данных о температурных зависимостях коэффициентатренияобразцовизстали,модифицированныхультрадисперснымичастицами минералов, с различной шероховатостью поверхности;- улучшение трибологических параметров образцов из низкоуглеродистойстали с минеральным покрытием для определения возможности ихиспользования при изготовлении запорной арматуры;-улучшениетрибологическиххарактеристикрезьбовыхсоединенийнескольких видов стальных труб, после модификации их поверхностичастицами минералов, для определения возможности их использования напредприятиях нефтегазового сектора.Объектом диссертационного исследования являются конструкционныеметаллические материалы (низкоуглеродистые стали, сплавы титана иалюминия), модифицированные ультрадисперсными частицами минералов.Предметом исследования являются механические свойства и структураметаллических сплавов (низкоуглеродистых сталей, сплавов титана иалюминия), модифицированных частицами минералов.Методологическая база исследованияМикрофотографии структуры поверхности образцов в главе 1 былиполучены с помощью сканирующего электронного микроскопа Supra 40,оснащенногодетекторомЭДРС"X-Flash",атакжепрограммнымобеспечением "Quantax 4000".
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
