126161 (690931), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Найменші значення інтенсивності зношування, як видне з випробувань, мають детонаційно-газові покриття з легованого заліза. Збільшення температури практично не погіршує характеристик тертя й зносу, тому що на поверхнях тертя відбувається інтенсивний утвір структур, які мають високими антифрикційними властивостями. Примусовий підігрів інтенсифікує процеси взаємодії поверхні тертя, яка активована пластичною деформацією, з киснем повітря й у результаті чого утворюються рівномірно розподілені по поверхні тертя плівки вторинних структур. Природа їх утвору залежить від умов тертя, матеріалу пари, наявність і складу середовища в зоні контакту.
При терті в нормальних атмосферних умовах на поверхні створюються тонкі плівки окислів . Згідно з даними, наведеними в роботах [18, 19], стабільність боридив і алюминида, який становить основу випробуваних детонаційних покрити, нижче, чим окислів. Продуктами окиснення боридив є окисли металу й борний ангідрид.
Рис. 3.4.11. Залежність інтенсивності зношування від температури:
1 - покриття на основі ніхрому;
2 - покриття твердого сплаву ВК15;
3 - покриття на основі Fe.
Рис. 3.4.12. Залежність коефіцієнта тертя від температури:
1 - покриття на основі ніхрому;
2 - покриття із твердого сплаву ВК15;
3 - покриття на основі Fe.
Фазовий аналіз структур окислів на поверхнях тертя, виконували на установці УРС-50И, але не вдалося однозначно виявити їхній хімічний склад. Це, на думку автора, обладнане незначною товщиною структур окислів. У низьких робіт [28, 28] виражається припущення, що при підвищених температурах критична товщина плівок окислів на поверхнях тертя становить приблизно 10 км, при меншій товщині шару окислів їх захисні властивості зникають. Аналізуючи дослідження, які проведені в роботах [18, 18-19] можна допустити, що плівка окислу на робочих поверхнях складається зі шпінелі Cr2O3 • B2O3 і окислів Cr2O3, Fe3O4 і Mn5O4. У цьому випадку окисли зв'язуються борним ангідридом в аморфну плівку, яка має високі зносостійкі властивості. Наявність B2O3, як підкреслювалося, обумовлене тим, що вищі бориди хрому при взаємодії з киснем навколишнього середовища розкладаються на окис хрому й борний ангідрид, що при підвищених температурах має малу в'язкість і дуже активно взаємодіє з іншими окислами. При наступному підвищенні температури відбувається зміна складу й типу захисних плівок окислів, які утворюються. Так, зниження інтенсивності зношування й коефіцієнта тертя, виникає з того, що на поверхнях тертя по даним хімічного й фазового аналізу збільшуються ділянки, які покриті суцільною плівкою Mn5O4. У деякі роботах [19-21] вказується на взаємозв'язок між механічними властивостями плівок окислів і матеріалом, на якому вони утворюються. Чим твердіше утворюються плівки окислів і м'якше метал поверхонь тертя, тем при меншому зусиллі вони руйнуються. Захисні властивості плівок окислів суттєво залежать від товщини й складу . Окисел Mn5O4 щодо цього має деякі переваги, а саме: більш малої в порівнянні з матеріалом покриття твердістю, стабільністю кристалічних ґрат і відсутністю структурних модифікацій, високою адгезією до основи . Наступне підвищення температури при випробуванні не впливає на вид зносу. Спостерігається стійкий процес нормального механохімічного зношування, якої характеризується відносно низькими значеннями зносу й коефіцієнта тертя, а вони залежать від роботи тертя й, для даного випадку, визначаються механічними властивостями плівок окислів, їх зв'язком з основним матеріалом і здатністю до диспергування. За стехіометричним складом плівки окислів, які утворюються в процесі тертя за даних умов, виявляють собою високотемпературну модифікацію дрібно дисперческої суміші окислів Cr2O3, Al2O3, Mn5O4 і шпінелі MnСr2O4 і FeMn2. Поверхня тертя після випробувань покрити з легованих ніхрому була практично дзеркальної й відповідала шорсткості Ra = 0,32. Макроструктура й мікроструктура робочої поверхні зразка, напиленого порошком системи Fe-Mn-Cr-Al-B, після випробувань при швидкості ковзання 0,6 м/с, навантаженню 1 мПа й температурі 600°С наведена на мал. 3.15 і 3.16. Фазовий аналіз виконаний шляхом рентгенографування на установці УРС-50И в Сі-випромінюванні показав, що за складом покриття після випробувань не відрізняються від початкових. Там у процесі дифузійного насичення в обсязі однієї частки відбувається селективна дія, яка обумовлена термодинамічними й дифузійними характеристиками, між складеними елементами порошкового матеріалу й елементами, які дифундують (бор і алюміній). Так, при дифузійному насиченні порошку заліза, хрому, марганцю разом бором і алюмінієм кожна частка виявляє собою конгломерат з алюмінідів і боридних фаз. Таким чином, зносостійкість детонаційно-газових покрить з легованого заліза системи Fe-Mn-Cr-Al-B при високих температурах обумовлена як характеристиками металевих фаз напиленого шару, так і властивостями плівок окислів, які утворюються й активно перешкоджають процесам контактного зв'язування, за рахунок виключення впливу тертя на основний матеріал покриття й, відповідно, визначають високі антифрикційні характеристики трибопари.
При випробуванні покрити з легованого нікелю зміни інтенсивності зношування, коефіцієнта тертя (мал. 3.4.14. а, б) при підвищенні температури більш виявлені чому в детонаційно-газових покрить з легованого ніхрому й залежать від складу й властивостей плівок окислів, які утворюються на поверхні тертя. Металографічні дослідження й рентгеноструктурний аналіз показали, що це пов'язане з утвором у процесі тертя різних типів плівок окислів, механізм руйнування яких неоднаковий. При температурах до 250°С на поверхні тертя утворюється плівка із суміші окислів Cr2O3 і б-Fe2O3, а останній при підвищенні температура до 350°С переходить у г-Fe2O3. Також при відзначеній температурі на робочій поверхні було виявлене існування ділянок окисла Mn. При наступному підвищенні температури відбувається утвір шпинельних фаз на основі борного ангідриду B2O3. Борний ангідрид активно взаємодіє з іншими окислами. Плівки, які утворюються за даних умов випробувань, запобігають адгезійній взаємодії й розвитку процесів пластичної деформації, активно знижуючи енергію трибоактировання. Цьому обумовлене протікання нормального процесу механохімічному зносу. Наступне підвищення температури при випробуванні виявляє тенденцію до росту інтенсивності зношування покрити на основі нікелю. Відомо, що інтенсивне окиснення поверхонь тертя приводить до збільшення товщини плівки окисла. У роботі [16] відзначається, що позитивний вплив окиснення поверхні тертя на її антифрикційні властивості до певного ступеня окиснення. У гетерогенних структурах при окисненні залежно від споріднення металу до кисню й швидкості дифузії металу в шарі окисла, відбувається збагачення або зубожіло плівки окислів елементами, які входять до складу покриття [17]. При даним проведеного рентгенофазового аналізу в інтервалі температур 450°С - 500°С відбувається утвір окислу Fe3O4, більш пишного й менш щільного чому г-Fe2O3. Продукти зносу виявляють собою порошок темно-бурого кольору. Відхилення від нормального процесу механохімічного зношування відбувається в результаті теплових перевантажень, які обумовлюють утвір локусів зв'язування за рахунок високого градієнта й інтенсивного збільшення температури в поверхневих шарах і породжують стан "термічної" пластичності. У процесі теплового зношування температурне поле поширюється в глибину матеріалу й у результаті нагрівання розм'якшуються контактні поверхні. При цьому інтенсифікує процес деформації поверхневого шару матеріалу покриття під плівкою окисла, яка обумовлює її руйнування й розвиток адгезійної взаємодії, яка веде до утвору металевих зв'язків. Інтенсивність зношування й коефіцієнт тертя, як випливає було очікувати, мав по даних умовах експеримента найбільші значення. При наступному збільшенні температури тепловий знос переходить у високотемпературне механохімічне зношування і яке зберігається як провідний вид зносу при росту температури випробувань до максимальної - 600°С. Зношування при цих температурах має механохімічну природу й характеризується деяким зменшенням значень інтенсивності зношування й коефіцієнта тертя завдяки високій швидкості протікання процесів окиснення на поверхнях тертя й тим самим забезпечується утвір суцільних плівок окислів. Зазначені плівки перешкоджають розвитку контактного зв'язування. Характерна мікроструктура поверхонь тертя для діапазону значень високотемпературного механохімічного зношування наведені на мал. . З наведених мікрофотографій видне, що поверхневі плівки в деяких місцях мають поперечні й поздовжні мікротріщини. Імовірно, що цей факт можна пояснити мікронапругами, які при певних випадках обумовлюють нестійкість їх пружного й пластичного стану. Тому що на границях зерен відбувається накопичення крайових дислокацій, які не встигають аналізувати , а це є причиною росту в цих місцях локальних концентрацій напруга до деякого граничного значення й утвору таким способом мікротріщин. Надалі руйнування плівок поверхневих шарів відбувається за рахунок їх м'якого викрашування з наступним видаленням продуктів зношування із зони тертя.
Проведені експерименти з детонаційно-газовими покриттями в умовах повітряного середовища показали, що залежно від температури спостерігається перехід від механохімічного зношування до теплового, а від теплового - знову до високотемпературного механохімічного. Зазначений перехід обумовлюється головним чином величиною коефіцієнта дифузії, який залежить від температури. У роботі [38] підтверджується, що основним механізмом, який приводить до аномального посилення процесів дифузії, дислокаційний. Умови терть, які обумовлюють тепловий знос, сприяють прояву зв'язування, тому що збільшується пластичність і полегшує можливість контакту трибоповерхонь, а це є необхідною умовою для прояву зв'язування. Інтенсивність теплового зношування в повітряному середовищі більше чим інтенсивність механохімічного зношування, тому що, в умовах підвищених температур у зоні контакту, у силу високоенергетичних впливів на активізованих поверхнях тертя має місце твердофазна хімічна взаємодія. Такий тип взаємодії веде до утвору плівок вторинних структур, які, в умовах механохімічного зношування виявляють собою щільні й суцільні плівки окислів, а вони перешкоджають розвитку процесів контактного зв'язування й у результаті чого зменшується інтенсивність зношування й коефіцієнт тертя. Значення параметрів тертя й зношування детонаційно-газових покрить системи Fe-Mn-Cr-Al-B, які отримані при випробуваннях в умовах повітряного середовища, дозволяють рекомендувати їх для практичного використання у вузлах терть, які працюють при підвищених температурах (мал. 3.4.15). Як видне (крива 2) для покрити із твердого сплаву ВК15 при температурі 520 °С наступає зв'язування, тому що збільшення температури викликає інтенсивне окиснення карбіду вольфраму й розм'якшення єднальної основи (кобальту). Таким чином, стрімке зростання енергії термічної активації обумовлює зниження триботехнічних властивостей покриття.
При цьому активно розбудовується знос зв'язуванням, а це приводить до катастрофічного процесу, що ушкоджується. Відзначена обставина обмежує можливості застосування покрити із твердого сплаву на основі вольфраму ВК15 при підвищених температурах у повітряному середовищі. На мал.3.18 наведені мікрофотографії поверхні тертя покриття із твердого сплаву ВК15. Типовим є неприпустима, що ушкоджується і яка проявляється у виникненні локальних металевих зв'язків, деформації, руйнуванні, у наслідок налипання, намазування й переносу матеріалу покриття. При такому виді зношування швидкість процесу утвори металеві зв'язків перевищує швидкість інших процесів і стає головною.
Випробування детонаційно-газових покрить в повітряному середовищі при підвищених температурах довели високі зносостійкі властивості розробленого покриття. У такий спосіб детонаційно-газові покриття на основі заліза легованих Mn-Сr-Аl-В можуть бути використані у вузлах тертя, які працюють при підвищених температурах в окисному середовищі.
3.5 Визначення оптимального змісту дисульфіду молібдену в покритті
Для реалізації процесу тертя з мінімальними трибо технічними властивостями була здійснена наступна гетерогенізація багатокомпонентної структури на основі легованого заліза системи Fe-Мn за рахунок додаткового додавання до складу детонаційних покритий диспергированого дисульфіду молібдену (Патент 2000021109, МК ИС23С 14/14, В22. F9/00/. В.І. Колісник, О.І. Щепотьев, М.М. Мусієнко й ін. від 25.02.2000). Визначення оптимального змісту MoS2 (керована змінна) у легованому порошку заліза щодо інтенсивності зношування, здійснювалося дослідним шляхом (мал.3.19). Виходячи з науково-методологічних положень вивчення процесів тертя й зношування й запропонованої математичної моделі паралельно проводилися виміри адгезійної міцності зчеплення (σсц) і мікротвердості (Hμ) поверхневих шарів детонаційного покриття. У результаті експерименту були отримані залежність і побудована функція відкликання:
Рис. 3.5.1. Залежність інтенсивності зношування покриття від змісту MoS2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
