Диссертация (1137132), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Фотографии были получены, используяNIKON MA200.Измерение твердости в главе 1 определяли по Бринеллю с помощьюнаноиндентора Fischerscope H100.23Измерение шероховатости поверхности проводилось на профилометре,модель 130, предприятие-изготовитель «ПРОТОН МИЭТ».Измерение твердости и модуля упругости в главе 2 проводилось спомощью нанотвердомера «НаноСкан-4D» [29-32].
Метод измерения –вдавливание алмазной пирамиды с регистрацией диаграммы вдавливания ипоследующим расчетом твердости и модуля упругости в соответствии сГОСТ8.748-2011(ISO14577),которыйчастоназываютметодоминструментального индентирования.Измерение износостойкости в главе 2 было выполнено с помощьюсканирующего твердомера «НаноСкан-4D» методом многоциклового трениясапфировой сферой с контролем силы прижима и углубления наконечника вобразец. Методология подробно изложена в статьях [31-32].В главе 4 методология эксперимента по скольжению поршневогокольца в гильзе цилиндра со смазкой машинным маслом изложена в работах[38-39], методология эксперимента по скольжению-качению в условияхвысокого контактного давления подробно описана в работе [38].В главе 5 метод определения ресурса резьбового соединения насоснокомпрессорных труб заключался в проведении многократных испытаний насвинчивание-развинчиваниерегистрациейкрутящегозамкамоментанасосно-компрессорнойнакаждомэтапетрубысиспытанийиопределением натяга с помощью резьбовых калибров.Режимыизмеренияидеталипроведенияэкспериментов–всоответствующих разделах глав.Научная новизна диссертационного исследования1.
Врезультатеконструкционныхпроведенныхматериаловструктурныхустановлено,исследованийчторядатехнологияминеральных покрытий не создает покрытия как такового, а создает24однородный модифицированный слой, при отсутствии резкой границыпокрытия с металлом-основой.2. Припомощиметодаэкспериментальныесклерометрииданныеорядеполученыновыемеханическихсвойств(износостойкость, модуль упругости, шероховатость) титановогосплаваВТ6(Тi-Аl-V),модифицированногоультрадисперснымичастицами минералов.3. Впервые выполнено исследование температурной зависимости вдиапазоне30-1400Скоэффициентовтренияобразцовизнизкоуглеродистых сталей 12Х13 и 18Х2Н2М с модифицированнымиминералами слоями.
Установлено, что в условиях эксперимента(контактное давление 550-600 МПа, скорость перемещения 4-74 мм/с,масло Mobil SHC 639) коэффициент трения остается практическипостоянным для образцов с минеральными покрытиями (возрастает неболее чем на 10% от величины коэффициента трения при комнатнойтемпературе),вотличиеоткоэффициентатрениянемодифицированных образцов, в том числе закаленных, для которых егозначение возрастает более чем на 50% при тех же испытаниях.4. Установлено, что степень износа тороида из оксида алюминия,сопряженного дискам из стали 12Х13 с минеральным покрытием привращении в воде ниже уровня регистрации степени износа и неподдается количественной оценке в проведенном эксперименте(температура воды Т=23 0С; линейная скорость перемещения v=0,1 м/с;общая длина перемещения s=2 км).
Значение коэффициента объемногоизноса тороида из оксида алюминия, сопряженного с дисками сминеральным покрытием при вращении в воде, как минимум на двапорядка меньше, чем значения коэффициента объемного износа привращении с дисками без покрытия.255. Предложенфизическийизносостойкостимеханизмметаллическихэффектарезкогосплавов,повышениямодифицированныхультрадисперсными частицами минералов, заключающийся в том, чтозаполнение в процессе модификации ультрадисперсными частицамимикротрещин и поверхностных дефектов блокирует их развитие приизнашивании и деформации.Положения, выносимые на защиту1. Технология минеральных покрытий не создает покрытия как такового,асоздаетмодифицированныйотличающейсяотобъемнойслойсструктурызернистойструктурой,металла.Совокупноеиспользование процессов технологии минеральных покрытий создаетэффект объемного сжатия основного металла и минерала в зонепластической деформации, и, как следствие этого, упрочнениеповерхностного слоя. Эта «холодная» обработка создает тонкий слой,содержащийминеральныепредварительносозданныхчастицы,концентрирующиесямикрополостях.Врезультате,ввповерхностном слое образца из стали или титанового сплаваобразуется модифицированный слой, обладающий высокой твердостьюи износостойкостью.2.
Результатыкомплексныхисследованиймеханическихсвойствметаллических свойств образцов, модифицированных минералами, втом числе при помощи метода склерометрии. Износостойкостьмодифицированном минералами поверхности титанового сплава ВТ6(Тi-Аl-V)увеличилась более чем в 4 раза по сравнению сизносостойкостью поверхности без модификации.3. Результаты исследования температурной зависимости в диапазоне 30140 0С коэффициентов трения образцов из низкоуглеродистых сталей12Х13 и 18Х2Н2М с модифицированными минералами слоями.26Установлено, что в условиях эксперимента (контактное давление 550600 МПа, скорость перемещения 4-74 мм/с, масло Mobil SHC 639)коэффициент трения остается практически постоянным для образцов сминеральными покрытиями (возрастает не более чем на 10% отвеличины коэффициента трения при комнатной температуре), вотличие от коэффициента трения не модифицированных образцов, втом числе закаленных, для которых его значение возрастает более чемна 50% при тех же испытаниях.Практическая значимость работыРезультаты, полученные при исследовании износостойкости резьбовыхсоединений, дают возможность использовать технологию минеральныхпокрытий для повышения ресурса деталей на предприятиях газодобычи инефтедобычи.
Результаты комплексных исследований износостойкости,коррозионной стойкости и пластичности образцов имитаторов арматуры иполученныерекомендациипозволяютиспользоватьтехнологиюминеральных покрытий на предприятиях, выпускающих запорную арматурудля повышения ресурса деталей (акты испытаний с рекомендациями – вприложении к диссертации). Успешно проведенные эксплуатационныеиспытания деталей с минеральными покрытиями на ряде предприятийсвидетельствуют об успешном использовании технологии минеральныхпокрытий.Применение технологии минеральных покрытий имеет межотраслевойохват(металлургия,судостроение,энергетическоеихимическоемашиностроение, горнодобывающая промышленность, газо- и нефтедобыча),и потенциально может иметь значительный масштаб, как по социальноэкономическому эффекту, так и по экспортному потенциалу.27Апробация результатовОсновные результаты и положения, представленные в работе,докладывались на следующих конференциях:- XIII Международная научно-техническая конференция «Вакуумнаятехника, материалы и технология» (Москва, КВЦ «Сокольники, 2018, 24-26апреля 2018г.).
Доклад «О возможностях новой технологии минеральныхпокрытий для повышения износостойкости металлической поверхности присоздании деталей вакуумной техники»;- 10th International Conference “New Electrical and Electronic Technologiesand their Industrial Implementation” (Zakopane, Poland, June 27 – 30, 2017).Доклад «On Some Properties and Practice of Using Mineral Coatings»;- 2-я Международная научно-техническая конференция «Новыематериалыитехнологииглубокойпереработкисырья–основаинновационного развития экономики России» (Москва, ВИАМ, 27 июня 2017г.).
Доклад "Новая технология повышения износостойкости металлическойповерхностиивозможностиееиспользованиянапредприятияхавиакосмической отрасли";- Международная научно-практическая конференция «Перспективыразвития новых технологий в энергетике России» (Москва, ОАО «ВТИ», 2627 октября 2016 г.).
Доклад «Использование технологии минеральныхпокрытий для повышения ресурса деталей на предприятиях энергетическойотрасли»;- Всероссийская научная конференция «Новые материалы. Приборы.Технологии» (Москва, МИЭМ НИУ ВШЭ, 9 декабря 2016 г.). Доклад «Онекоторых свойствах и практике применения минеральных покрытий»;- 9th International Conference “New Electrical and Electronic Technologiesand their Industrial Implementation” (Zakopane, Poland, June 23 – 26, 2015).Доклад«ANewMineralCovering :Technology,Opportunities,Commercialization".28-Российско-КитайскийXIIIСимпозиум"Новыематериалыитехнологии" (Казань, Россия, 21-25 сентября 2015 г.) Доклад "Mineral coating:technology features, commercialization opportunities".Публикации.
Материалы диссертации опубликованы в 16 печатныхработах, из них 3 публикации включены в систему цитирования Scopus (изкоторых 2 статьи - в научных журналах, входящих в перечень ВАК РФ и 1публикация-всборникедокладовмеждународнойконференции,включенной в систему цитирования Scopus и Web of Science), 3 статьи внаучных журналах, входящих в перечень ВАК РФ, 3 статьи в отраслевыхнаучных журналах и 7 публикаций в сборниках докладов и материаловконференций.29Глава 1.
ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗМЕНЕНИЙ СТРУКТУРЫПОВЕРХНОСТИ И ПРИПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВНИЗКОУГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ И ТИТАНОВОГО СПЛАВАТi-6Аl-4V (ВТ6) ПРИ СОЗДАНИИ МИНЕРАЛЬНЫХ ПОКРЫТИЙПромышленное применение минералов природного происхождения дляупрочнения поверхностных слоев конструкционных материалов постепеннонаходит свою нишу благодаря эффектам, в совокупности приводящим кповышению износостойкости, антифрикционных, антикоррозионных идругих специальных свойств пар трения, а также благодаря развитиютехнологии формирования подобных слоев. В то же время требуетсяпониманиефизическихпроцессов,происходящихнаповерхностиконструкционных материалов (сталей, сплавов) при создании минеральныхпокрытий для прогнозирования их поведения в парах трения различныхдеталей, узлов и механизмов, а также для модернизации технологии [15].Природные «зеркала скольжения» пластов горных пород явилисьпрототипомпокрытий,формируемыхнаповерхностяхпартрения.Исторически первыми минералами, которые начали широко применяться вцелях уменьшения износа деталей машин, были серпентины [3, 11, 15].Серпентины—группаминералов подклассаслоистыхсиликатов,включающая различные структурные модификации и политипы составаMg3[Si2О5](OH)4.
Обычно в серпентине присутствуют примеси Fe2+, Fe3+, Al,Ni, иногда Ti, Mn, Ca [11, 15].Серпентины являются наиболеераспространёнными, но не самыми эффективными по своим характеристикамминералами, применяемыми для создания прочных покрытий металлическихизделий [11, 15]. Для промышленного применения используют серпентиниты– горную породу, состоящую преимущественно из минералов группысерпентина и различных примесей [15, 40].30В настоящее время используются некоторые виды минеральныхматериалов, позволяющие резко снижать механические потери в парахтрения и обеспечивать антикоррозионную стойкость. Виды используемыхматериалов определяют по количеству и составу примесей, структурнофазовому состоянию входящих компонентов и ряду других признаков [3, 11,15].Объектами, в которых целесообразно, на наш взгляд, использованиеминеральных покрытий, в частности, являются детали турбинного инасосного оборудования - рабочие лопатки, детали валов, подшипники,работающие в экстремальных условиях эксплуатации.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
