автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.06, диссертация на тему:Газотермическое напыление антифрикционных покрытий, содержащих графит

^аі§он5А>на академія НАУК УКРАЇНИ е^^озварювання ім. Є. О. Патона

М УРА ШОВ Анатолій Петрович

УДК 621.793.7

ГАЗОТЕРМІЧНЕ НАПИЛЕННЯ АНТИФРИКЦІЙНИХ ПОКРИТТІВ, ЩО МІСТЯТЬ ГРАФІТ

Спеціальність 05.03.06 — Зварювання та споріднені технології

АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Інституті електрозварювання ім. Є. О. Патона НАН України

Науковий керівник:

доктор технічних наук, професор

БОРИСОВ ЮРІЙ СЕРГІЙОВИЧ

ІЕЗ ім. Є. О. Патона, завідуючий відділом

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор КОРЖ ВІКТОР МИКОЛАЙОВИЧ Національний технічний університет України "КПІ", завідуючий кафедрою

кандидат технічних наук ЛУЧКА МИРОН ВАСИЛЬОВИЧ ІПМ НАН України, старший науковий співробітник

Провідна установа: АНТК ім. О. К. Антонова, м. Київ

Захіст відбудеться " //" 199^э. о 1022 годині на засіданні

спеціалізованої вченої ради Д 26.182.01 при Інституті електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України, 252650, Київ, вул. Боженка, 11.

З дисертацією можна ознайомитися в науково - технічній бібліотеці інституту, за адресою: Київ, вул, Боженка, 11.

Автореферат розісланий

Вчений секретар спеціалізованої ради доктор техн. наук

Л. С. Киреєв

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність ший,... Надійність та тривкість обладнання в іільшості випадків визначається працездатністю вузлів тертя.

Відомо, що 85 % витрат на ремонт обладнання використовується га відновлення вузлів тертя.

Методи газотермінного напилення, розроблені для отримання юкриттів різноманітного призначення, відзначаються можливістю «несення широкої гами металевих, керамічних, полімерних ма-еріалів та їх композицій. Незначна термічна дія на матеріал осно-и, висока продуктивність і економічність - характерні особливості ;их методів, що дозволяють використовувати їх для відновлення та міцнення різноманітних деталей та вузлів.-

Газотермічне напилення антифрикційних покриттів пов'язане з икористанням матеріалів, що відносяться до твердих мастил, та-их, як дисульфід молібдену, фторид кальцію, нітрид бору, графіт а інші матеріали, що здатні утворювати на поверхні тертя оздільну міцну плівку, яка характеризується антизадирністю, дос-атньою деформативністю. Це дозволяє використовувати згадані ма-еріали для роботи в різних несприятливих умовах. Серед них айбільш цікавим є природний графіт, найрозповсюдженіший і досушиш матеріал. Окрім цього графіт має найбільшу питому іцність при високих температурах, хімічну стійкість. Такі власги-ості графіту можуть бути використані для відновлення і зміцнення еталей текстильного обладнання, устаткування для виробництва імічних волокон та іншого обладнання, що експлуатується в умо-ах обмеженого подавання мастила або його відсутності, при ідвищених температурах або при наявності агресивних середовищ. Іднак сублімація й окислення графіїу при газотермічному напи-енні обмежують його використання. Для збереження графіту під їс напилення застосовують металізовані порошки графіту, зокрема ііссльогаяі, які одержують адтоісладішм або ісарбспілїіптїі методг-и. Нікельовані порошки графіту частіше використовують для держання спрацьовуваних покриттів, ніж антифрикційних. Це зу-овлене тим, що наявність графіту сприяє полегшеному спрацьову-шню покриттів, але присутність нікелю в складі негативно впли-іє на їх антифрикційні властивості. У цьому випадку перевагу мать обміднені порошки графіту - завдяки більш високим трибо-їхнічним властивостям. Досвід використання таких порошків у по-зшковій металургії показав перспективність даиош напрямку.

Анализ стану питання показав, що недостатня інформація про

використання можливостей металографітових покриттів, а також відсутність даних про технологічні особливості напилення та властивості графітомістких покриттів стримує їхнє широке застосування.

• Метою даної роботи є розробка технології газотермічного напилення антифрикційних графітомістких покриттів для вузлів тертя із застосуванням композиційних порошків мідь-графіт.

Для досягнення мети розв’язувалися такі задачі: розробка способу одержання композиційного порошку мідь-графіт для газотермічного напилення (ГТН);

визначення умов ГТН графітомістких покриттів, що сприяють .зменшенню витрат графіту внаслідок міжфазової взаємодії в частинках мідь-графіт при їх нагріванні та прискоренні у плазмовій струмині; ‘

вибір складу графітомістких покриттів для деталей вузлів тертя, що експлуатуються в умовах недостатньої кількості або відсутності мастила;

розробка та впровадження технології ГТН антифрикційних графітомістких покриттів на деталі вузлів тертя.

1. Внаслідок теоретичного аналізу та експериментальних досліджень міжфазової взаємодії в частинках композиційного порошку мідь-графіт встановлено, що після розплавлення металевої оболонки відбувається її згортання на поверхні графітового ядра. Тривалість процессу згортання становить 1 • 10'5... і • ДО'6 с.

2. Розроблено метод розрахунку процесу нагрівання та прискорення частинок композиційного порошку мідь-графіт, які складаються з металевої оболонки та нерозплавлюваного ядра. Встановлено, що шляхом вибору положення точки введення та кута нахилу канала введення композиційного порошка в плазмову струмину можна забезпечити керування тепловим станом частинок з двошаровою будовою. У разі напилення композиційного порошку мідь-графіт при положенні точки введення на 10...20 мм нижче зрізу сопла та при зміні кута введення до 5 0 відносно осі плазмової струмини збільшується в 2...5 разів тривалість розплавлення оболонки, хцо значно зменшує ризик міжфазової взаємодії в частинках мідь-графіт.

3. Встановлено, що при формуванні металографітових покриттів температурні рівні в системі основа - покриття при напиленні мідно-графітових покриттів та термічні напруги на ЗО...40 % менші, ніж при напиленні нікель-графітових покриттів, і в 1,5...2

ізи менші, ніж у раіі покриттів на основі нікелю, що обумовлене льш високими значеннями теплопровідності мідно-графітового ма-ріалу покриття.

4. Встановлено, що для забезпечення високих антифрикційних іастивостей графітомістких газотермічних покриттів необхідно як іхідний матеріал використовувати графіт пластинчастої форми. В юму випадку коефіцієнт тертя в парі "покриття - контртіло (сталь )Х, HRC 50)" в умовах граничного тертя становить 0,06...0,15.

Добавляння розробленого композиційного порошку мідь-графіт ) порошків неантифрикційних матеріалів, зокрема нікель-титаиу? жиду алюмінію та інших, дозволяє отримувати покриття з висо-іми антифрикційними властивостями, що перевищують за пара-■тром pV олов’янисту бронзу не менш ніж у 5 разів.

Запропонованій™ процес виготовлення композиційного порош' мідь-графіт впроваджено на Сивашському ДЕ заводі Інституту мії поверхні НАНУ, де була одержана дослідно-промислова іртія порошку для ГТН антифрикційних покриттів.

Розроблено склад і технологію напилення антифрикційних іафітомістких покриттів на деталях вузлів тертя.

Реалізацію результатів роботи здійснено шляхом впроваджен-г під час ремонту і подальшої експлуатації деталей (6 наймену-нь) з покриттям на Дарницькому, Київському ШК, Ульянівсько-! шкіряному комбінаті, ВО "Хімволокно" (м. Волжськ) та інших, творено дільниці газотермічного напилення антифрикційних попитів на ВО "Більшовик", ЦСПКТБ МЛП України.

Особистий внесок здобувана. Дисертація є підсумком зультатів експериментальних досліджень, виконаних автором обисто. За безпосередньою участю автора розроблено математичні >долі процесів нагрівання та прискорення композиційних пошарових частинок, створено методики розрахунку механічних мішей порошків і визначення якості порошків та покриттів, іаліз та узагальнення одержаних результатів проводились автором : особисто, так і ла участю інших співаторів.

Апробація результатів дисертації. Основні наукові поло-■ння дисертації доповідалися па XII науково- технічній пференції "Теория и практика галотермичсского нанесення покрьі-й" (Y. Дмитров, РФ, !!)92 p.): міжнародних конференціях "Plasma Is in New Materials Technology'* (IJIrerht, Netherlands, 1990), hernial Spraying Research .ami Applications" (Loug Beach, Califor-

nia, 1990), "2nd Plasma - Technic Symposium" (Lucerne, Switzerlan* 1991).

Публікації. Відповідно до геми дисертації опубліковано 1 друкованих робіт, у тому числі 3 авторських свідоцтва на винаходи . Структура та обсяг роботи. Дисертація складається вступу,, шести розділів, висновків, списку використаних джерел 151 найменувань, додатків; викладена на 122 сторінках, містить 5 рисунки та 18 таблиць.

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовано актуальність теми досліджень, ефо] мульовано мету та завдання дисертаційно! роботи, а також відобр; жено наукову новизну, основні результати та практичне значеші роботи. В цьому ж розділі наведено короткий зміст роботи і основні положення, що виносяться на захист.

В перяному розділі представлено огляд літератури за темо: дисертаційної роботи, в якому розглянуто сучасні матеріали і методи нанесення антифрикційних покриттів. Газотермічне наш лення (ГТН) антифрикційних покриттів пов’язане з застосування матеріалів, що містять тверді мастила, такі, як дисульфід молі( дену, нітрид бору, фторид кальцію та інші матеріали, що здаті створювати при роботі на поверхні тертя роздільну плівку. Сере твердих мастил найвідомішим та найбільш поширеним є графіт Для ГТН графіту використовують металізовані, зокрема нікельов; ні, порошки графіту, що сприяє зменшенню витрат графіту пр напиленні. Таким чином одержують спрацьовувані покриття, яі характеризуються низькою міцністю на зріз (або малим зусилля різання), при цьому процес спрацьовування покриттів проходш без задирів та схоплювання поверхонь тертя. Це досягається завд* ки підвищеному вмістові графіту в покриттях (більше 70...75 % з об’ємом). Досвід створення антифрикційних материалів, накош чений у порошковій металургії, показав, що при створенні покриї тів антифрикційного призначення необхідно обмежувати долю твер дих мастил в інтервалі 10...50 % за об’ємом. При цьому, враховук чи, що нікель не являє собою антифрикційний матеріал, більї перспективним при створенні графітомістких покриттів є застое} вання обміднених порошків графіту. Такі порошки отримують хімі чними методами, серед яких найбільш цікавим є метод контактне хімічного відновлення із застосуванням порошку заліза як відновнії ка, що робить його простим і продуктивним. Перші спроби виготої лення порошку мідь-ірафіт показали його придатність для створен

виробів методами порошкової металурги, але склад та якість поїлку недостатні для його використання при ГТН. Напрямком по-тьших досліджень було визначено розробку та застосування мета-ованого (обмідненого) порошку графіта для ГТН, в тому числі із ггосуванпям для напилення механічних сумішів порошків, що місії металізований ііорошок графіту (в межах 5...50% за об’ємом).

У другому розділі наведено методи дослідження властивостей зошків та покриттів, обладнання та матеріали. Об’єктами дос-іжень було вибрано порошки графіту, металізовані міддю або :елем, а також механічні суміші порошків, іцо містять порошки гал-графіт та покриття, напилені з використанням цих порошків.

Морфологію порошків визначали за допомогою мікроскопа М-2 та електронного растрового мікроскопа ЛБМ-вЗО, насипну тину - згідно СТ СЄВ 2283-80, текучість - за ДЗСТ 20899-75. талографічні дослідження проводили на мікроскопах МІМ-8 та юфог-32". Міцність зчеплення покриттів з основою визначали годом нормального відриву конічного штифта та за розробленою Егінальною методикою, що передбачає використання основи із ціальною конічною поверхнею (а. с. N 715979). '

Для металізації було вибрано порошки кристалічного графіту іальєвського родовища (Україна) марок ГЛ-'І і П фракцій ..120 мкм. Запропоновано формулу для розрахунку складу атокомпонентних механічних сумішей порошків, що містять алізований графіт:

к п • яФ 1 - Я,р

Одод= Оси ! к= - і

к+ 1/рдод Рф ров

Одод - кількість порошку, що вводять додатково до- металізо-ого порошку графиту;

Оси - кількість механічної суміші порошків;

п - відношення об'ємного вмісту металу і графіху;

ЯФ - частка графіту у металізованому порошку;

Рдод — густина матеріалу, який додається у суміш;

Рф, роб - густина графіту та металу оболонки.

Для напилення використовували серійне устаткування УПУ-

УПУ-8М, ОПН-11, "Київ-7". Для подавання механічних ішей порошків із врахуванням значної розбіжності густини адових компонентів розроблено оригінальний дозатор порошку,

особливістю конструкції якого є наявність конічного ДІЇ виготовленого з пористого матеріалу: крізь нього подаєть

транспортуючий газ, що полегшує текучість порошку та йо подавання за відсутності вібрації (а. с. N1322578).

Залишкові напруги першого роду в покриттях визначалися зміною прогину зразків при пошаровому травленні покрит електрохімічним методом на установці РОН.

Випробування на тертя і спрацювання здійснювали в умов; сухого тертя і при змащенні рідким мастилом - за схемою торцево тертя; в умовах граничного тертя і зворотної пари тертя - за схемо "вал - частковий вкладиш".

У третьому розділі висвітлено результати досліджень процес металізації (обміднений) порошку графіту. Показано, що заст сування методу контактно-хімічного відновлення для одержані металізованого порошку графіта.із застосуванням порошку заліза і відновлювала дає можливість одержувати порошок з високим вмі том металу (60...70% за масою).

Показано, що у частинок графіту округлої форми може утворюватись оболонка металу завтовшки до 11 мкм проти 4 мкм у частинок лускоподібної форми (рис. 1).

Встановлено, що процес обміднення проходить за змішаним хімічним та електрохі- Рис. 1. Частинки "мідь-графіт" мічним механізмом. лускоподібної форми ( х 300)

Кількість відновлюваного металу залежить від складу робочої розчину і кількості заліза й описується рівнянням

У=41,26-2,18X1 +0,554X2-0,214Х3-0,044Хі2-

0,045Х22+ 0,0047Хз2+0,037ХіХ2 -0,001 ІЗХ^-О.ООгХгХз;

де Хі - кількість заліза;

Хг- кількість Си504;

Хз- кількість Н2504.

Оптимальний склад робочого розчину відповідає спії відношенню Х4:Х2:Х3 = 32:151:30, при цьому кількість СиБОд на 7‘ перевищує стехіометричну. При перемішуванні робочого розчин

виникає ближній контакт частинок графіту і заліза, утворюються електрохімічні пари, в яких залізо відіграє роль анода, а графіт-роль катода, на поверхні якого і відкладається мідь. Це вимагає регламентування швидкості перемішування, оптимальне значення якої дорівнює 1 с‘.

У четвертому розділі вивчено, поведінку частинок метал-графіт в плазмовому струмені, їх агрегатний стан, швидкість, температуру, траєкторію польоту. Оцінено тепловий стан системи основа-по-крнття.

В результаті нагрівання частинок композиційного порошку до стадії плавлення оболонки система тверде ядро - розплавлена оболонка стає нерівноважною. Стійкість плівки розплаву на ядрі визначається відносною товщиною оболонки і фізіко-хімічними властивостями системи.

Дослідження системи розплавлена мідна оболонка-графі-тове ядро показало, що її рівно-важність досягається при значеннях відносної товщини оболонки більш ніж 0,6 (рис. 2), що значно перевищує цей показник для частинок мідь-графіт. Із застосуванням методики, запропонованої Ю. С. Борисовим, було розраховано швидкість та тривалість згортання оболонки з міді (нікелю) на ядрі графіту.

Аналіз показав, що при значенні відносної товщини оболонки 0,08 - 0,097, характерних для частинок розробленого порошку мідь-. Рис. 2. Залежність крайово-графіт, тривалість згортання ста- го кута змочування 0 від значен-

новить 1-Ю"4_____1-Ю"5 с.

ня відносної товщини оболонки 8

Враховуючи, що при згортанні оболонки посилюється ризик значного зменшення кількості графіту при ГТН, було проведено дослідження кінетики нагрівання та прискорення металізованих частинок графіту у плазмовій струмині.

Для досліджень автором у співдружності зі. В. Кривцуном було розроблено математичну модель, у якій враховується двоша-

ва будова частинок, що складаються з металевої оболонки та нероз-плавлюваного ядра (графіту).

Рівняння процесу нагрівання мають вигляд: .

дТ

ді

8 ! з ---- 17 'А ~1Г~)

дг дг

(4.1)

Рп= і

РфГриОкгйЯр /ЬиПРи^ г ^ 4Д

л=

ХрПриО^гйЯр

с=

Сф три 0 < г <

Сси+ Фей ' т~та,) Щм^гр < йч!2 ;

Початкова умова:

Т,

м

= т ■

1 о>

і=0

Граничні умови: дТ

-Я

дг

ГхИгр 4

Ч = а(т-туї-60{т*-тї),

Де Рп " густина матеріалу оболонки (ядра);

С - тепломісткість матеріалу оболонки (ядра), г - значення поточного радіусу частинки мідь-графіт;

X - коефіцієнт теплопровідності;

Игр- радіус графітового ядра; сі,- діаметр частинки мідь-графіт;

\УСі1, ТСц- теплота та температура плавлення матеріалу оболон-ки; б (Т - ТСц) - дельта функція Дірака;

q - кількість тепла, ідо передається ядру від плазмового струменя крізь оболонку частинки мідь-графіт; а - коефіцієнт теплообміну;

Т,- температура поверхні оболонки;

Т - температура плазми у точці (х, у, г);

Е, - ступінь чорноти;

80 - стала Стефана-Больцмана.

1

Враховуючи, що одержання точного рішення неможливе, задачі вирішувались приблизно, шляхом чисельного рішення диференціальних рівнянь методом Ейлера-Коші.

Вивчення кінетики нагрівання і швидкості польоту частинок показало, що при використанні металізованого порошку графіту із вмістом міді 70% за масою замість 50 % тривалість повного проплавлення оболонки збільшується в 2...2,2 рази і дорівнює (20...40)-10 3 с.

Було визначено, що, змінюючи кут ф або координату точки введення порошку в плазмову струмину, можна також збільшити тривалість нагрівання частинок до температури проплавлення оболонки в кілька разів-. На рис. З показано, як змінюються траєкторії частинок мідь-графіт в залежності від умов введення їх у плазмову струмину.

Експериментальна перевірка розрахунків, яку проведено при плазмовому напиленні покриттів залізо-мідь-гра-фіт та мідь-графіт, показала, що зменшення частки графіту мідь-графіт у плазмовій струмині; дорівнює 15-20 %, що втричі точки: 1 - початок плавлення

менше, ніж при напиленні по- оболонки; 2 - кінець плавлення; кригтів з використанням кон- -криві І, III, ІУ-ф = 0°; гломерованих порошків. - крива II - ф = 85 0

Найважливішим фактором, ідо керує формуванням структури, визначає адгезійну, когезійну міцність та внутрішні напруги в покритті, є його тепловий стан при напиленні.

Для аналізу теплового стану системи основа - графітомістке покриття використовували математичну модель, запропоновану В. Г. Прокоповим та Н. М. Фіалко для розрахунку теплопереносу в шаруватонеоднорідній системі основа - покриття.

Результати аналізу теплового стану системи показали, що наявність напиленого покриття зменшує температуру системи, при.

(5,10)

Рис. 3. Траєкторії частинок

цьому ефективність впливу наявності покриття на тепловий стан системи зростає із збільшенням товщини покриття. При напиленні иікель-графітового покриття його температура помітно перевищує температуру мідно-графітового покриття. При порівнянні температурних рівнів системи було виявлено, що вони істотно визначаються технологічними умовами напилення та матеріалом покриття. Так, при збільшенні швидкості переміщення плазмотрона від 0,05 до 0,15 м/с, або збільшенні дісганції напилення від 50 до 150 мм рівень температури зменшується на 200...250 °С. Подальшого зменшення теплової напруги системи можна досягти шляхом застосування спеціальних насадків або охолодження. При розробці технології напилення антифрикційних покриттів, що містять графіт, були враховані особливості їх напилення та формування, визначені основні параметри їх нанесення (табл. 1).

Таблиця 1

Параметри напилення антифрикційних графітомістких

покриттів

Тип покриття Газ Потужність кВт Дистанція, мм Кут ф, град

МіДь-графит Аргон Аргон-азот . 14... 16 с. 20... 22 100.. .120 120...140 5...90 90

Залізо-мідь - графіт Аргон 14...16 100... 120 5...90

Подача порошку здійснювалась з точки, що перебуває на 10 мм нижче зрізу сопла.

В п’ятому розділі наведено результати досліджень структури графітомістких покриттів, їх властивостей.

Вивчення струкіури показало, що включення графіту розміщені рівномірно по об’єму покриттів (рис. 4). Частинки графі. ту лускоподібної форми, які мають плоскі поверхні, тобто такі, що співпадають з кристалічними площинами ковзання, орієнтують- Рис. 4. Структура мідногра-ся таким чином, що ці площини фігового покриття з орієнто-розміщуються паралельно повер- вашім розміщенням графіту хні напилення. Така орієнтація х 240

особливо помітна у частинок розміром 80 мкм і більше.

. Вивчення міцності зчеплення покриттів з основою показало, що її максимальне значення не перевищує 12 МПа.

Експериментальна оцінка залишкових напруг у напилених шарах показала, що мідно-графітові покриття мають рівень внутрішніх напруг на ЗО % менший, ніж нікель-графітові; це підтверджує розрахункові дані щодо теплового стану цих покриттів.

Введення до складу багатьох покриттів, наприклад на основі нікелю, мідно-графітової складової в 1,5...2 рази знижує рівень їх внутрішніх напруг.

Дослідження антифрикційних характеристик в умовах торцевого тертя без рідких мастил показало, що покриття, одержані з використанням нікель-графітових порошків фірми "Штарк" (ФРН) округлої форми, руйнуються при мінімальному навантаженні 2 МПа через відсутність на поверхні тертя розподільчої графітової плівки.

Порівняльні випробування покриттів, одержаних з порошків нікель-графіт та мідь-графіт пластинчастої форми, показали, що у покриттів, які містять більше як ЗО % за масою графіту, коефіцієнт тертя обмежується значеннями 0,15...0,2. Мінімальну інтенсивність спрацьовування відзначено у мідно-графітових покриттів; при навантаженні 2...8 МПа вона становить 0,03 мг/м. Випробування нікель-графітових покриттів без змащування підтвердило схильність нікелю до охоплення зі сталевим контртілом.

Випробування триботехнічних характеристик в умовах граничного тертя проводили з покриттями (табл. 2), для напилення

Таблиця 2

Склад графітомістких покриттів

№покр. Вміст компонентів, % за об'ємом Шифр покриттів

1 Мідь 90 + графіт 10 МГр 10

2 Мідь 80 + графіт 20 . МГр 20

3 Мідь 70 + графіт ЗО МГр ЗО

4 Мідь 50 + графіт 50 МГр 50

0 Залізо 87,5 + мідь 2,5 + графіт 10 ЖМГр ІО

6 Залізо 93,75 + мідь1,25 + графіт 5 ЖМГр 5

7 Нікелевий сплав 75 + мідь 5 + графіт 20 ПГСрЗ + МГр20

8 Нікель-титан 75 + мідь 5 + графіт 20 №Ті + МГр20

9 Оксид алюмінію 75 + мідь 5 + графіт-20 А1,0, + МГр20

яких використовували механічну суміш порошків, що містять композиційний порошок мідь-графіт.

Загальною особливістю одержаних результатів є те, що при збільшенні навантаження від 0,2 до 20 МПа коефіцієнт тертя зменшується від 0,15...0,2 до 0,1...0,15 (рис. 5).

При високому навантаженні і при підвищенні температури тертя вище температури сублімації і вигорання мастила на поверхні тертя відсутнє охоплення навіть у матеріалів, що не належать до класу антифрикційних (див. табл. 2).

Випробування на спрацювання показали, що максимальне лінійне спрацювання має місце в покриттях, що містять такі матеріали, як тертя покриттів (табл. 2) від наван-оксид алюмінію, нікель-титан. таження

Значне спрацювання помічено у покриттів на основі заліза з 10 % за об'ємом графіту. Збільшення кількості графіту зменшує спрацювання пари тертя. Мінімальне спрацювання відзначено у покриття на основі міді з 50 % за об’ємом графіту, що перевершує стійкість бронзи або залізографітового матеріалу, одержаного методами порошкової металургії.

Порівнюючи зведене спрацювання графітомістких покриттів, застосованих для виготовлення зворотних та прямих пар тертя, виявили, що зведене спрацювання зворотньої пари покриттів в 2...2,5 рази менше, ніж у традиційної пари тертя.

В шостому розттілі показано практичне застосування результатів досліджень. Розроблено технологічний процес промислового виробництва порошку мідь-графіт та проведено його реалізацію в умовах Сивашеького ДЕ заводу ІХП НАН України.

Розроблено та впроваджено технологічні процеси відновлення деталей вузлів тертя, що працюють в умовах недосконалого змащення, а також за його відсутності, шляхом плазмового (повітряно-плазмового) напилення графітомістких покриттів на основі міді, заліза, оксиду алюмінія.

Рис. 5. Залежність коефіцієнта

Промислові випробування напилених деталей показали, що ресурс їх роботи збільшився в 1,5...2 рази.

ВИСНОВКИ

1. Визначено оптимальні умови одержання методом контактно-хімічного відновлення композиційного порошку мідь-графіт із вмістом міді більш ніж 60 % за масою, який за фізіко-технологічшши властивостями відповідає вимогам гтн.

2. В результаті теоретичного аналізу та експериментальних досліджень встановлено, що в частинках композиційного порошку мідь-графіт після розплавлення металевої оболонки відбувається ії згортання на поверхні графітового ядра. Тривалість процессу згортання становить 1 • 10'5... 1 • 10-® с.

3. Розроблено метод розрахунку процесу нагрівання та прискорення частинок композиційного порошку мідь-графіт, які складаються з металевої оболонки і нерозплавлюваного ядра. Встановлено, що вибором положення точки введення та кута нахилу канала введення композиційного порошку в плазмову струмину можна забезпечити керування тепловим станом частинок з двошарового будовою. У випадку напилення композиційного порошку мідь-графіт при положенні точки введення на 10...20 мм нижче зрізу сопла та при зміні кута введення до 5 0 відносно осі плазмової струмшпі збільшується в 2...5 разів тривалість розплавлення оболонки, що значно зменшує ризик міжфазової взаємодії в частинках мідь-графіт.

4. Експериментально встановлено, що при напиленні покриттів з порошкових сумішей на основі заліза, міді, що містять розроблений порошок мідь-графіт, витрати графіту в 2...З рази менші, ніж при напиленні графітомістких покриттів із застосуванням конгломератних порошків, і становлять 15...20 %.

5. В результаті розрахунку теплового стану системи основа-графітомістке покриття визначено, що температура системи при збільшенні швидкості переміщення плазмотрона від 0,05 до 0,15 м/с або при збільшенні дистанції напилення від 50 до 150 мм зменшується в 1,5...2 рази; при цьому покриття на основі мідь-графіту характеризуються менппім тепловим навантаженням порівняно з покриттям нікель-графіт, більш низьким рівнем внутрішніх напруг (на ЗО...40 %), ніж у нікель-графітових покриттів, і в 1,5...2 рази, ніж у покриттів на основі нікелю, що обу-

6. Встановлено, що для забезпечення високих антифрикційнш властивостей графітомістких газотермічних покриттів необхідно яі вихідний матеріал використовувати металізовані порошки графіт; пластинчастої форми. В цьому випадку коефіцієнт тертя в парі по криггя - контртіло (сталь 40Х, НИС 50) в умовах граничного терт: становить 0,06. ..0,15.

7. Розроблені покриття на основі композиційного порошк; мідь-графіт при сухому терті мають коефіцієнт тертя 0,15...0,2 працездатні при рУ = 12...15 МПа -м/с. Ці показники не менш ніг у 2 рази перевищують характеристики покриттів, одержаних відомих порошків нікель-графіт. Встановлено, що введенн розроблених порошків мідь-графіт до складу порошкових суміше на основі заліза, нікелю, оксиду алюмінія з розрахунку одержанн в складі покриттів 20 % за об'ємом графіту забезпечує коефіцієн тертя 0,1...0,15. При цьому за параметром рУ вказані покритт перевищують олов’яно-свинцеву бронзу не менш ніж у 5 разів.

8. Розроблено і. впроваджено промислову технологію ОДЄ{ жання композиційного порошку мідь-графіт для ГТН. Випущен дослідно-промислову партію порошків із вмістом міді 60...66 % а масою.

9. Розроблено і впроваджено технологію напилення антифрш ційних покриттів на основі механічних сумішей, що містять пор< шок мідь-графіт, для відновлення і підвищення довговічнос деталей обладнання легкої (текстильної) промисловості, виробиш тва хімічних волокон та ін. Запропоновані покриття даюі моясливість підвищити їх ресурс у 1,5.. .2 рази.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

1. Ясь Д.С., Мурашов А.П., Караулов А.К., Каденаций Л.У Антифрикционные свойства плазменных покрытий, содержащих м таллизированный графит // Проблемы трения и изнашивания К.: Техніка, 197.6,- Вып. 10.- С. 97-100.

2. Мурашов А.П., Каденаций Л.А., Ясь Д.С., Федорчеш И.М. Плазменное напыление антифрикционных покрытий с испол зованием металлизированного графита //Тр. науч. - техн. коне "Композиционные спеченные материалы для узлов трения машин механизмов".- К.: ИПМ АН УССР, 1979,- С. 105-108.

3. Газотермическое напыление покрытий. Руководящие техн ческие материалы,- К.: ИЭС им. Патона НАНУ, 1990.- 245 с.

3. Газотермическое напыление покрытий. Руководящие технические материалы.- К.: ИЭС им. Патона НАНУ, 1990.- 245 с.

4. А.с. 931796 СССР, МКИ С 23 С 7/00. Порошковый питатель/ Л.А. Каденаций, А.А. Морозов, А.П. Мурашов, Д.С. Ясь (СССР).- № 2974160/22-02; Заявлено 01.08.80; Опубл. 30.05.82. Бюл.№ 20.-3 с.

5. А.с. 1322578 СССР, МКИ В 22 Е 3/00. Порошковый питатель /Л.А. Каденаций, А.П. Мурашов, А.А. Морозов, Н.Б. Лисовская, Л.В. Буцан, В.Н. Гринько (СССР).- № 3918415/22-02; Заявлено 27.06.85; Опубл. 08.03.87, Бюл. № 16.-3 с.

6. А.с. 715979 СССР, МКИ О 01 N 19/04. Образец для испытания на адгезионную прочность/ Л.А. Каденаций, А.П. Мурашов, Д.С Ясь(СССР).- № 2656049/25-28; Заявлено 14.08.78; Опубл. 15.02.80. Бюл. N6,- 2 с.

7. Каденаций Л.А., Мурашов А.П., Лисовская Н.Б., Кочаток Л.Я. Технологические характеристики порошковых материалов, применяемых при газотермическом напылении //Порошковая металлургия.-1988.- N10.- С. 35-37.

8. Ясь Д.С., Мурашов А.П., Каденаций Л.А., Подмоков В.Б.

Прибор для определения прочности сцепления напылённых покрытий //Технология и организация производства.- 1976.- N 11.- С.49-51. '

9. Борисов Ю.С., Мурашов А.П., Тоболич В.В., Коржик В.Н. Исследование процесса химической металлизации порошка графита, используемого для газотермического напыления //Труды Между-нар. конф. "Теория и практика газотермического нанесения покрытий", г. Дмитров, 1992.-Том 1.-г. Дмитров, 1993.- С. 221-224.

10. Борисов Ю.С., Мурашов А.П., Гайдаренко А.Л., Козырь В.Г. Исследование триботехнических характеристик графитосодержащих газотермических покрытий //Там же.- С. 56-59.

11. Фиалко Н.М., Прокопов В.Г., Шеренкорский Ю.В:, Ше-ренковская Г.II., Борисов Ю.С., Коржик В.Н., Мурашов А.Г1. - Особенности процессов теплопереиоса в условиях формирования ■ газотермических покрытий из композиционных порошков// Докл. АН УССР.- 1991.-N10,- С. 87-92.

12. Фиалко Н.М., Прокопов В.Г., Шеренковский Ю.В., Ше-ренковская Г.П., Мурашов А.П., Борисов Ю.С., Коржик В.Н. Влияние скорости движения плазмотрона на температурный режим системы "покрытие-нодслой-основа" в условиях газотермического

напыления/ / Физико-химич. обработка материалов.-1992. -N2.- С 77-82.

13. Прокопов В.Г., Фиалко Н.М., Шеренковский Ю.В., Шеренковская Г.П., Борисов Ю.С., Мурашов А.П., Коржик В.Н. И сследование общих закономерностей процессов теплопереноса при формировании газотермических покрытий из композиционных порошков//Труды Междунар. конф. "Теория и практика газотермического напыления покрытий", г. Дмитров, 1992.-Том 1.-Дмитров, 1993.-С. 33-38.

14. Фиалко Н.М., Шеренковская Г.П., Прокопов В.Г., Шеренковский Ю.В., Борисов Ю.С., Мурашов А.П., Коржик В.Н. Влияние условий охлаждения на тепловое состояние системы "покрытие-подслой-основа" в условиях газотермического напыле-ния//Автомат, сварка.-1993.- N12.- С. 23-27.

15. Borisov Yu., Murashov A., Saakov A. Effect of different factors on plasma spraying efficiency and metallisation pattern //Thermal Spray Research and Applicatiqas.-Long Beach, Californ., 1990.- Ohio, 1991 .-P, 383-393.

16. Borisov Yu., Korzhik V., Chernishov A., Murashov A. Peculiarities of optimization of thermal spraying process by using protective extension with peripherical gas flow//Plasma Jets in the Development of New Materials Technology, Utrecht, Netherlands, 1990.- Tokyo, 1990.-P. 383-393.

17. Борисова А.Л., Морозова E.C., Лаврик А.П., Мурашов А.П. Взаимодействие компонентов частиц композиционного порошка никель-графит при плазменном и газопламенном напылении/ /Автомат. сварка.-1991.- N10.- С. 32-35.

18. Borisov Yu., Chernishov'A., Korzhick В., Murashov A., Kalita V. Plasma spraying of coatings using a protect nozzle//2-nd Plasma-Technic Symposium, Lucerne, Switzerland, 1991.-Vol. 1.-

Woilen, 1991.- P. 161-171.

t •

АНОТАЦІЯ

Мурашов А. П. Газотермічне напилення антифрикційних покриттів, що містять графіт. - Рукопис. .

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.03.06 - Зварювання та споріднені технології.- Інститут електрозварювання ім. Є.О. Пагона .НАН України, Київ, 1998.

В роботі досліджено міжфазову взаємодію у композиційних частинках метал-графіт, процеси їх нагрівання та прискорення у плазмовій струмині, визначено умови напилення, які зменшують ризик відбування міжфазової взаємодії в частинках мідь-графіт в умовах плазмової струмини і пов’язаних з цим витрат графіту. Вивчено тепловий стан системи основа-графітомістке покриття, визначено, що мідно-графітове покриття відзначаються суттєво меншим рівнем внутрішніх напруг, ніж нікель-графітові покриття.

Показано, що покриття, і напилені із застосуванням розробленого композиційного порошку мідь-графіт із вмістом металу 60 % за масою і більше, характеризуються високими триботехнічними властивостями.

Основні результати роботи впроваджено при відновлюванні деталей вузлів тертя обладнання, що працюють в умовах недосконалого змащення.

Ключові слова: газотермічне напилення, композиційні порошки, плазмова струмина, графітомісгкі покриття, тертя.

АННОТАЦИЯ

Мурашов А.П. Газотермическое напыление антифрикционных покрытий, содержащих графит.- Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.03.06 - Сварка и родственные технологии,- Институт электросварки им. Е. О. Пагона НАН Украины, Киев, 1998.

В работе исследованы межфазовое взаимодействие в композиционных частицах металл-графит, процессы их нагрева и ускорения в плазменной струе, определены условия напыления, при которых снижается риск протекания межфазового взаимодействия и связанных с этим потерь графита. Изучено тепловое состояние системы основа-графитсодержащее покрытие, определено, что меднографитовые покрытия отличаются значительно меньшим уровнем пнутреиши: напряжений, чем никель-графитовые покрытия.

Показано, что покрытия, напылённые с использованием разработанного композиционного порошка медь-графит с содержанием металла 60 % по массе и более, характеризуются высокими гриботехническими свойствами.

Основные результаты работы внедрены при восстановлении деталей узлов трения оборудования, работающих в условиях несовершенной смазки. .

Ключевые слова: газотермическое напыление, композиционные порошки, плазменная струя, графитсодержащие покрытия, трение.

ABSTRACT

Murashov А.P. Thermal spraying of the graphite-containing antifriction coatings. - Manuscript.

Thesis for the candidate of technical sciences degree. Speciality

05.03.06 - Welding and Related Technologies. - E.O.Paton Electric Welding Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 1998.

Investigated were interface interactions in the "metal-graphite" composite particles and processes of their heating and acceleration in the plasma jet. Spraying conditions under which a risk of the interface interaction and the associated losses of graphite could be decreased were determined. The thermal state of the "substrate - graphite-containing coating" system was studied. Copper-graphite coatings were found to be characterized by a much lower level of internal stresses than nickel-graphite coatings.

It was shown that coatings sprayed using the developed copper-graphite composite powder with a weight content of metal equal to 60 % and more featured high tribological properties.

Basic results of the investigations were applied to repair the friction unit components of the equipment operating under conditions of imperfect lubrication.

Key Words: thermal spraying, composite powders, plasma jet, graphite-containing coatings, friction.