автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Восстановление юбки алюминиевого поршня плазменным напылением порошков алюминиевой бронзы

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ВСЕСОадНЫл ОР£ЕНА ТРУ/ОЕОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОЗАТЫЬСКИЛ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИ:! ИНСТИТУТ РЕМОНТА И ЭКСПЛУАТАЦИИ МАШИННО-ТРАКТОРНОГО ПАРКА ( ГОСНИТИ )

На правах рукописи УДК 621.43-242: 621.793.7

ТЮГАШНА Ольга Юрьевна

ВОССТАНОВЛЕНИЕ ЮБКИ АЛЮМИНИЕВОГО ПОРШНЯ ПМлЧЕННУМ НАПЫЛЕНИЕ;.! ПОРОШКОВ АЖШИИЕЗОи БРОНЗЫ

Специальность 05.20.03 - Эксплуатация, восстановление

и ремонт сельскохозяйственной техники

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1991 г.

* ^ / /33

Раоота выполнена во Всесоюзно1м научно-производственном объединении восстановления деталей (ВНПО "Ремдеталь")

0

Научный руководитель кандидат технических наук,

1 старший научный сотрудник Ь.М.Соловьев

Официальные оппоненты доктдр технических наук,

профессор Ь. Н.Буга ев

кандидат технических наук, доцент А.¿.Пузряков

Ведущая организация Головное специализированное

конструкторское бюро по двигателям средней мощности

Защита состоится 19^1 г. е часов

v

на заседании специалгзрованного совета Д 120.92.ОТ по

присуждению ученой степени доктора технических наук ГОСНИТИ по адресу: Москва, 1-й ИнститутскиЛ проезд, д. I.

С диссертацией мо;..но ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан

"ЗЛ) " POMT^J^Sj. 1991 г.

(Отзыва на автореферат, заверенные печатью, направлять по указанному адресу ученому секретарю специализированного Совета ГОСНИТИ.

Ученый секретарь специализированного Совета

д.т.н.,ст.науч.сотр. М.А.Халфин

j

ОБШ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

о

Актуальность работы. С целью снижения материальных, и производственных затрат, связанных с ремонтом ооорудования и машин, рядом Постановлений 0.1 СССР и ГКНТ СССР поставлены задачи по разработке новых материалов и прогрессивных ресурсосберегающих технологий восстановления и упрочнения деталей.

Возросшие предельные значения эксплуатационных характеристик двигателей внутреннего сгорания привели к увеличению удельных нагрузок и значительному росту температуры поршня, поршневых колец, цилиндровой втулки (гильзы), к интенсивному ухудшении условий их эксплуатации, повышенному износу и задирам рабочих поверхностей. Около половины тракторных дизелей отправляется в ремонт с неполностью выработанным моторесурсом, причем поршни с изношенными боковыми поверхностями не восстанавливаются.

Одним из перспективных методов восстановления и упрочнения 1 деталей, который оказывает малое термическое влияние на обрабатываемую основу, позволяет исключить нежелательные структурные превращения в ней, избежать деформации изделия,' является плазменное напыление. В то не.время, его широкое внедрение применительно к деталям из алюминиевых сплавов сдерживается рядом причин:

а) высокой стоимостью напыляемых материалов;

б) низкой адгезионной прочностью покрытий, обусловленной физико-механическими характеристиками алюминиевых сплавов;

в) трудностью механической обработки напыленных слоев.

В связи с зтим исследования, направленные на разработку технологии восстановления боковой поверхности поршня (юбки), обеспе- • чивающие увеличение его ресурса работы, являются актуальными.

Цель работы заключается в повышении адгезионной прочности сцепления покрытия алюминиевой бронзы со сплавом АЛ-25, за счет выбора режимов напыления при использовании ЭВМ; увеличение износо-

стойкости боковой поверхности поршня за счет уменьшения механических потерь на трение путем применения износостойкого антифрикционного покрытия алюминиевой бронзы, что повышает эффективность использования поршня ¿ВС.

Научная новизна.

1. Доказано, что при плазменном напылении алюминиевой бронзы на поверхность алюминиевого сплава оптимальная контактная температура на границе взаимодействия фаз должна быть не менее 640° С, что обеспечивает высокую адгезионную прочность сцепления порядка до 42 ИПа.

2. Установлено, что увеличение контактной температуры в локальных зонах, при взаимодействии алюминиевой бронзы с ювенильной поверхность» алюминиевых сплавов, на 100...120° С возможно достичь при реализации алюмотермической реакции восстановления оксида меди. При этом дистанция напыления первого слоя покрытия толщиной 0,1 мм долкна составить 140 мм.

3. полученные о применением математической модели процесса напыления зависимости изменения температуры и скорости плазменной струи и распыляемых частиц от технологических параметров напыления, позволили определить оптимальные режимы напыления для частиц алюминиевой бронзы при плазменном напылении в аргонно-азотной плазме состава: 85% ■Лг + 152 .

4. Разработанный технологический процесс восстановления и упрочнения боковой поверхности (юбки) алюминиевого поршня плазменным напылением порошка ПГ-13М01 позволил получить покрытие с низкой пористостью и адгезионной прочностью в пределах 40,..42 НПа без использования подслоя,

Практическая ценность. Разработан и внедрен технологический процесс восстановления и упрочначия боковой поверхности (юбки) алюминиевого поршня плазменным напылением порошка ПГ-19М01.

Обоснована возможность применения порошка алюминиевой бронзы

для плазменного напыления на поверхность алюминиевого сплава АЛ 25.

Определены условия и режимы получения качественных плазменных покрытий из алюминиевой бронзы на поверхности алюминиевых сплавов с адгезионней прочностью в пределах Ь0..А2 МПа, без использования дорогостоящего промежуточного подслоя типа алюминий-никель.

Определена температура контакта, необходимая для обеспечения физико-химического взаимодействия на границе алюминиевая бронза -поверхность алюминиевого сплава АЛ 25.

Получено покрытие, применение которого на юбке поршня двигателя СМД снимет потери мощности на трение и сокращает расход топлива на 1,1 г/кВт.ч.

Реализация результатов работы. Технологический процесс восстановления боковой поверхности (юбки) поршня двигателя типа СМ/; внедрен на Щекинском ремонтном предприятии Тульской области Госагропро-ма РСФСР (акт и протокол приемочных испытаний К 67 от 30 мая 1989 г), одобрен ведомственной комиссией Госагропрома СССР и рекомендован к внедрению на его ремонтных предприятиях. Годовой экономический эффект от внедрения составляет от 2950 до 7900 руб. в зависимости от марки двигателя.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на Ш Межинститутской научно-практической конференции молодых ученых и специалистов системы Агропрома "XII пятилетке -творчество молодых" (Москва, 1987 г.), на XI Всесоюзной конференции "Теория и практика газотерническогс нанесения покрытий" (Севастополь, 198о г.), на научно-техническом семинаре Северо-западного региона "Применение прогрессивных процессов газотермического напыления в промышленности" (Ленинград, 1989 г.), на Х1У Всесоюзном совещании по жаростойким покрытиям (Одесса, 1989 г.), на Республиканском семинаре "Научно-техническом прогрессе в авторемонтном производстве" (Москва, 1990 г.), на заседании секции рег-нта машин 7че-

ного Совета ГОСНИТИ (1990 г.).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано б научных работ, в том числе получено авторское свидетельство на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, выводов, списка использованной литературы и приложений. Она изложена на 198 страницах машинописного текста, включает 28 иллюстраций, 16 таслиц, библиографию на 15 страницах (154 наименований отечественных и зарубежных авторов) и приложений на 21 страницах.

ШЕРШНЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы и обсуждена ее цель.

В первом разделе показано, что снижение экономичности и ресурса двигателя внутреннего сгорания во многом определяется преждевременным еыходом из строя поршня вследствии изнашивания его рабочих поверхностей и, з частности, юбки.

' Анализ современных, способов восстановления и упрочнения алюминиевых деталей свидетельствует о том, что в полной мере для восстановления боковой поверхности (юбки) поршня с одновременным повышением ее износостойкости, целесообразно применять плазменное напыление. При 'этом выбор материала покрытия имеет определявшее значение. Предварительные исследования показали, что перспективными для покрытий боковой поверхности поршня являются бронзовые материалы, обладающие низким коэффициентом трения, малой скоростью изнашивания основной и со пряженной деталей и низкой стоимостью.

Такие плазменные покрытия характеризуются низкой адгезионной прочностью (менее 28 МПа) с поверхностью алюминиевых сплагов, имеющих низкую температуру плавления (670° С), высокую теплопроводность

(2,5 Вт/сек.К) и высокий коэффициент термического расширения (16... 23) .1СГб СГ1.

Однако, в литературе вопросы обеспечения адгезионной прочности покрытий с алюминиевыми сплавами, особенности напыления материалов, механическая обработка покрытий освещены- недостаточно полно.

Одним из известных способов повышения адгезионной,прочности , сцепления бронзовых покрытий с алюминиевой основой является применение подслоя из порошка никель-алюминий или молибден. Однако, это предполагает увеличение стоимости используемых порошков и усложняет технологию напыления.

Анализ физико-механических характеристик алюминиевых сплавов, а также факторов, влияющих на работоспособность плазменных покры--тий, свидетельствует о том, что для решения рассмотренной проблемы необходимо разработать технологические приемы, связанные с обеспечением расплавления напыляемых частиц и высокой контактной температуры. Повышение адгезионной прочности сцепления достигают, в первую очередь, за счет тешической активации основы и выбора оптимальных режимов напыления покрытия.

В связи с вышеизложенным, в работе решались следующие задачи: определить основные факторы; влияющие на прочность сцепления бронзового покрытия с основой из алюминиевых сплавов в условиях плазменного напыления;

определить скорость и температуру плазменной струи и напыляемых частиц порошка в зависимости от режимов напыления;.

обосновать условия взаимодействия расплавленной частицы бронзы с алюминиевой подложкой при плазменном напылении, с учетом особенностей свойств материалов контактирующей пары;

установить зависимость физико-механических свойств бронзового покрытия, структуры напыленного слоя от технологических параметров напыления с учетом возможности прогнозирования эксплуатационных характеристик покрытия; '

исследовать основные физико-механические характеристики покрытия и определить эффективность его применения для восстановления и упрочнения боковой поверхности поршня ¿¡ВС;

разработать технологический процесс восстановления и упрочнения боковой поверхности (кбки) алюминиевого поршня ¿ВС типа СМД в условиях производства;

внедрить разработанный технологический процесс в сельскохозяйственное ремонтное производство и дать его технико-экономическую оценку.

Во втором разделе рассмотрены особенности взаимодействия напыленной частицы бронзы с поверхностью алюминиевого сплава АЛ 25 и определены условия образования прочной адгезионной связи бронзового покрытия с алюминиевой основой.

В качестве параметра, который определяет физико-химическое взаимодействие частиц бронзы с основой из алюминиевых сплавов, рассматривали контактную температуру Тк. Увеличивая контактную температуру, возможно получить высокую адгезионную прочность сиепления покрытия с основой. Зтого достигают двумя способами: повышая температуру нагрева частиц в плазменной струе или температуру подогрева основы перед напылением. Теплофизические свойства алюминиевых сплавов ограничивают температуру подогрева основы (250...300° С), что недостаточно для развития химического взаимодействия на границе частица-основа.

Температура частиц, в свою очередь,ограничивается теплофизичес-кими свойствами материала частиц и мощностью дугового разряда плазмотрона. Из-за энергетических затрат и ограниченной моцности плазмотрона этот способ увеличения контактной температуры не является рациональным.

Кроме того, рост перегрева частиц выше температуры плавления приводит к уменьшению коэффициента использования напыляемого материала в результате его испарения и разбрызгивания.

В данной работе проанализирована возможность без увеличения энергетических затрат увеличить адгезионную прочность сцепления при ограниченной температуре подогрева основы, не применяя специальный подслой.

На основании теоретических расчетов и экспериментальных данных было показано, что образование прочного соединения при напылении бронзы на алюминиевый сплав возможно только при контактной температуре не менее 640° С. Обеспечить такую температуру, используя только подогрев основы, нельзя, т.к. при ?осн более 250... 30С° С происходит интенсивное окисление основы из алюминиевых сплавов и структурные превращения в ней.

Учитывая, что в результате ударного воздействия частицы на поверхности основы в локальных зонах происходит .образование юве-нильной поверхности, а частица бронзы при движении в плазменной струе окисляется, повысить контактную температуру и величину адгезии покрытий возможно при реализации экзотермической реакции алю-мотермического восстановления оксида:

зсиа0 + 2м = мг03 -вси-а (i)

Тепловой эффект реакции (I) равен 1156,93 хДж, что приводит к увеличению температуры в контакте кидкая частица-основа. Обеспечить тепловой эффект реакции и увеличить контактную температуру на несколько десятков градусов зозмокнс при наличии на поверхности частицы пленки оксида толеинои несколько десятков ангстрем. Наибольшее влияние на образование оксидной пленки оказывают температура, скорость и время нахоьдения частиц в высокотемпературной зоне газового потока. Обеспечивая прогрев материал? частиц до температуры плавления и достигая максимально возмом.-сй длительности пребывания частиц в газовом потоке, варьируя дистанций напыления, возможно достичь'образования пленки оксида на поверхности частиц величиной несколько десятков агстрем.

В таблице I приведены результаты термодинамического расчета толщины оксидной пленки на поверхности частицы бронзы диаметром 63 мкм, при токе 350 А, расходе плазмообразующего газа 2,0 м3/ч.

Таблица I

Толщина оксидной пленки на поверхности частицы бронзы ПИ9М01 при плазменном напылении на различных дистанциях

Дистанция напыления I , мм

Время полета частицы

Ь , сек

Температу- ^Коэффици-ра частиц 1ент диффу-т к :зии *еди ' Гв оксиде

:д, см/с

Толщина

пленки

оксида

еГ, см

Толщина

пленки

оксида

50 5.7.1СГ4 6ГО-12СО 3.66.1СГ14 2,51 ЛО"9 0,25.. .0,40

60 9.3.1СГ4 1200-1275 7,32.1(Г10 2.52.1СГ7 28...36

100 II,9.КГ4 1275-1290 1.95.1СГ9 6,72.1С"7 67...80

140 16.1гН* 1290-130Г 2.44.1СГ9 1?,2.1(Г7 122...140

Увеличение дистанции напыления до 140 мм позволяет обеспечить значительную величину экзотермического эффекта алюмотермической реакции и не требует дополнительной подачи в плазменную струю кислорода, под воздействием которого снижается ресурс работы вольфрамового электрода.

Значительная величина изобарко-изотермического потенциала алюмотермической реакции ( А &т$ = - 1740 кДк/моль) предполагает хорошее сцепление бронзового покрытия с алюминиевой основой. Количество тепла, которое выделяется в результате реакции, достаточно для увеличения контактной температуры на 100...120° С.

Использование реакции аламотермического восстановления оксида меди позволит достичь контактной температуры порядка 640° С, обеспечив прогрев напыляемых частиц до температуры плавления, а температура подогрева основы при этом не превышает 250...300°-С.

В третьем разделе содержится описание комплексных методик рас-

четных и экспериментальных исследовании свойств плазменного покрытия ГГГ-19М01 и выбора режимов напыления.

Учитывая многочисленность и разнообразие фактороЕ, влияющих на плазменное напыление, обеспечиваюцкх качество нанесенного покрытия с высокой адгезионней прочностью сцепления, использовали математическое моделирование процесса напыления. Модель процесса реализозана на оВн ¿3-?о. В качестве входных (управляющих) величин выбраны: ток дуги плазмотрона $ , к; расход аргона Gf , м3/ч; расход азота , м3/ч;

диаметр и свойства напыляемых частиц (плотность #

теплоемкость Срц , теплопроводность ^ » температура плавления Тпл ;

дистанция напыления / , мм.

Выходным параметром является температура нагрева напыляемых частиц.

Наибольшее влияние на эффективность нагрева напыляемых частиц оказывают температура и скорость потока плазмы, которые оценивали из выражений (2) и (3):

Г/. 0-7^5_

'з м - 0,55со (х-1.5х„) то (к, та» - /)

%(*) " о, 55 с0 (х - „¿„j то (r0 т-& .sj'/j . с3)

где Хд - длина начального-участка, на котором нТ- const

Энтальпию плазменного потока можно увеличить за счет изменения напряжения или силы тока дуги. Расход и состав плазмообразующей среды определяют скорость плазменного потока и частиц, длину высокотемпературной зоны факела, а, следовательно, дистанцию напыления

и газодинамическое воздействие ионизированного газа на напыляемый материал.

Блок-схема программы управления процессом напыления изобрэг.е-на на рис. I. Результаты расчетов приведены на рис. 2, что позволило оптимизировать технологические рехимы напыления.

Методика расчета температуры контакта напыляемой частицы с основой основана на использовании формулы:

ti - тк . _ j± (а)

7V -Гг ' **

где Tit Тг, Тк - температуры частиц, основы, контакта, соответственно; ¿f ¿г - коэффициенты температуропроводности материала частицы и основы, соответственно ;

\fj!*P*C где ^ ~ TenjI0nPÜE°^H0CTb»

плотность, теплоемкость материала и справочных

значений тепло.уизических свойств напыляемого и основного материала для расчета коэффициентов Bj и Bg, характеризующих возможность взаимодействия при контакте.

Определение влияния экзотермической реакции алюмотермического восстановления оксида меди на возможность прохокдения химической реакции е зоне контакта частица-основа, рассчитывается по методике, учитывающей влияние образования величины слоя оксида на тепловой эффект реакции.

Прочность сцепления покрытия с основой определяли по клеевой методике отрыва покрытия "по нормали" и при испытаниях на одвиг (МР 250-66). При этом определяли влияние температуры подогрева основы и толщины напыленного слоя покрытия на прочность сцепления.

При испытании на отрыв использовали образцы цилиндрической формы диаметром 18 мы из сплава AJÍ 25 с напыленным покрытием на терец, который склеивали с контактирующим образцом без покрытия.

Sao/j: Ja, 01Or7H> 7gt tenjto<t>h3h^ieckhe cbohctba vactmu,

/7ouch a G-f = const (rj, mcor*s-& Of ■*—> Tmcn 02 «-» Tmax.

nonets G-

gz=zcons-6 jzgrf£-*tm<xk

llohch Jt G;,^ cjij3-tf(rii1+-+trntrt Trnax.

3aflamna pbmhma

j1ghh&

Tmtn<Ti*-

<.t~rr?c*x

i

stop

fjoncn /»tMHMMWfA nesreBot* <f>vHHijHH

bbtboft

Phc. I. hnok-oxcha ajiropitTMcj ynpaKte«HH nnouecccm Kirtttfem:*

Партии образцов перед напылением предварительно нагревали до температуры ICO, 250° С и выдерживали I час в сушильном шкафу типа СНОЛ-З,5.3,5.3,5/3-43, затем наносили покрытие.

Во втором случае цилиндрический образец диаметром 12 мм с напылением в виде кольцевого пояска покрытием толщиной 0,4...О,9 мм продавливали через матрицу. Предварителен« на образце выполняли кольцевую проточку глубиной 0,1...О,б мм. Каждая партия включала 7 образцов.

Пористость покрытия определяли по модифицированной методике гидростатического взвешивания (ГОСТ I859&-73), в Еакууме с использованием тонких платиновых нитей.

Металлографические исследования проводили на микроскопе Potyvoz (Англия). Спектральный анализ и процентное содержание элементов определяли с помощью сканирующего электронного микроскопа SEM Nanotc. é-?{ Франция) сс спектром энергетической дисперсии СЭД, система 960, серия 2-200.

Содержание кислорода и азота в покрытии определяли методом плавления образца в инертной агаосфере с последующим анализом выделившейся при плавлении газовой (базы хроматографиче.ским методом, разовый состав покрытия определяли рентгеноструктурным анализом на установке УРС-55. ыикрорентгеноспектральный анализ распределения химических элементов в покрытии и переходной зоне проводили на микроанализаторе ХМА-56 ("Хитачи",. Япония).

Износостойкость и коэффициент трения покрытия изучали по методике ГОСТ 23.224-86 при сопоставлении сеойств поверхности из сплава АЛ 25 и с покрытием ПГ-19М01 на образцах-сегментах в паре с образцом из гильзы цилиндров двигателя типа СМД.

Количественное сопоставление характеристик пар трения гильза-образец алюминиевого поршня и гильза-образец с покрытием ПГ-19М01 проводили по методу наименьших квадратов путем сопоставления коэффициентов экспонент, описывающих зависимость У(X) :

a0 + а, ■ e (5)

Коэффициенты a^, aj, a-, определяли, исходя из полученных экспериментальных данных методом наименьших квадратов с использованием ЗВМ "Электроника ДЗ-28".

Оценку напряжений г покрытии проводили методом обточки на кольцевых образцах.

В четвертом разделе представлены экспериментальные результаты исследований свойств покрытия ПГ-19М01.

Для плазменной струи состава 85 £ Al + I5Í? , используя полученные зависимости, приведенные на графике рис. 2 установлено, что частица бронзы разгоняется до скоростей, необходимых для получения покрытия с хорошей адгезией к основе на расстоянии от среза сопла плазмотрона ICO.130 км.

Анализ расчетных зависимостей температуры напыляемых частиц алюминиевой бронзы показал, что точка плавления материала достигается на дистанции напыления ICO...140 мм. Дальнейшее увеличение расстояния напыления приводит, по-видимому, к понижению температуры частиц и моьет вызвать снижение адгезионной прочности.

Учитывая, что максимальная прочность сцепления мо>;;ет быть достигнута, прежде всего, за счет сил химического взаимодействия, развитие которых обеспечивает высокая температура контакта, сь;ли получены зависимости оптимальной контактной температуры от температуры подогрева основы.

Результаты хромотографического анализа показали увеличение содержания кислорода в напыленном слое, белее чем в 2С раз (до 1,45 масс.$), что подтверждает интенсивное окисление частиц бронзы в процессе напыления с дополнительным выделением тепла и обрз-

о

зование на их поверхности оксидной пленки толщиной до 140 А . Рост пленки происходит интенсивно, когда частица достигла температуры плавления при напылении с дистанции Ю0...140 мм, а затем, при дальнейшем увеличении дистанции, рост пленки прекращается.

Тстр.К

юао

во т

о 50

Рис. 2. Изменение температуры и скорости плазменной струи по ее длине

(V 63 мкм с-Ь = 300 А (.<? = 2,5 м

!/ч

. (6 63 мкм': 300 А (?=» 2,5 м /ч

{/б 63 мкм У = 300 А 3 = 2,0 м /ч

¿63 мкм

300 Лз/ .<?= 2,0 м /ч

63 мкм 7 = 300 А_, ,<? = 1,5 м /ч

$ 63 мкм И •! 7= 300 А , №= 1,5 м /ч

Фрактографкческие исследования поперечного излома покрытия, напыленного с дистанции 140 мм,показал, что заметное расплавление частиц материала имеет место на границе покрытие-основа, где интенсивно происходит экзотермическая реакция.

При контакте частиц с подогретой до 250. ..300° С основой за счет повышения контактной температуры увеличиваются, ксгезиснная и адгезионная прочность сцепления, о чем свидетельствует уменьшение пористости напыленного слоя до 7,2

Металлографический анализ покрытия показал характерную для плазменного напыления слоистую зону частиц, а таю-.е наличие оксидов в Еиде темных включений, расположенных по всей площади покрытия, причем наибольшая их концентрация заметна в первом слое.

Прочность сцепления при предварительном подогреве основы ¿о 250° С и напылении первого слоя покрытия на дистанции 140 мм находится в пределах 40...42 ЫПа.

Анализ результатов испытаний на срез показал такие, что прочность сцепления покрытий достаточно высока и соответствует значениям 51...94 МПа для различных толщин напиленного слоя. С увеличением толщины покрытия свыше 0,4.мм в напыленном слое происходит концентрация радиальных и окружных остаточных напряжений растяжения, которые не оказывают заметного отрицательного елияния на адгезионную прочность сцепления.

Сопоставление средних значений коэолщиептоз трения покрытия ПГ-19М01 и сплава АЛ 25 показало, что nun равных значениях контактной нагрузки ( 204 Н) они примерно одинаковы и равны ( ,15, что свидетельствует о возможности перехода на псрыни с покрытием без увеличения потерь на трение.

В то же время, установившееся значение интенсивности изнашивания покрытия примерно в 3 раза меньше, чем у сплава кл ?5 (рис. 3), а прирабатывается покрытие в J ,'j ра за быстрее. А на л и ъ

АО 60

%на с

Рис. 3. Изменение интенсивности изнашивания покрытия ПГ-19М01 и сплава АЛ 25 во времени испытаний I - сплав AJi 25; 2 - покрытие ПГ-19М01

результатов профилограмм изнашивания гильзы показал, что интенсивность изнашивания гильзы в паре с покрытием в 4 раза меньше, чем для пары гильза-сплав АЛ 25.

Ü пятом разделе приведены результаты опытнс-производствен-нои проверки и внедрения технологии восстановления и упрочнения боковой поверхности (юбки) поршня ДВС плазменным напылением порошка ¡¡Г-ЩШ1.

Работы по напылению, установке и обкатке поршней с покрытием на двигатели типа СМД-14НГ и~СМД-16Н в целях определения их работоспособности проводили на пекинском ремонтном предприятии Тульской области.

В качестве объектов внедрения были выбраны поршни двигателей

типа СМД-14НГ и СМД-18Н, широко применяемые на предприятиях агропромышленного комплекса.

Показано, что для получения работоспособного покрытия подготовка поверхности поршня под напыление долина вкл&чать следующие операции:

очистка поршней;

предварительная пвоточка юбки на глубину С ,3.. .0,4 ni: по всей длине (введена дополнительно);

защита поверхностей, не подлежащих напылению, элитными ¡¡леками ;

подогрев поршня в печи л о температуры 25<'° С (эледона дополнительно);

дробеструйная обработка поверхности под напыление; обезжиривание ацетоном поверхности под напыление; просев и сушка порошка для напыления в печи при температуре 125° С.

Плазменное напыление производили на установке /ПУ-оД; плазмообразуюцие газы: аргон (ГОСТ 10157-79) - 85? + азс-т (ГОСТ »293-74) - 15$, расход рабочего газа -1,6 м3/ч; транспортирующий газ - аргон (расход - 0,15 м3/ч).

Порошок для покрытия - ПГ— 19,.:01 ТУ 46-19-303-84 (зернистьстьв до 100 мкм). В результате эксперимента были оппеделены оптимальные значения технологических параметров плазменного напыления: по дело:! толщиной 0,1 мм, дистанция напыления 140 мм, сила тока 36^ А, напряжение 60 В, материал покрыта" • порошок ПГ-19ПС1; основной слой толщиной 0,4...0,5 мм, дистанция напыления 100 мм, ci:;;a тока 340...360 А, напряжение ГО Б, материал покрытия - порошок ПГ— Е ! 01.

Экспериментально показано, что плазменное напыление покрытия из сплава ПГ—195.101 при чистовой обработке поверхности першкя резцом по копиру имеет максимальную прочность сцепления при толщине 0,5...О,б мм и режимах токарной обработки: число оборотов шпин-

деля 630 об/мин., подача - 0,Су мм/об, глубина резания 0,1 мм, задний угол резца 12...15°.

Производственную проверку прошли 40 поршней, юбки которых восстановлены плазменным напылением порошка ПГ-19М01. База испытаний составила свыше 3 тыс. моточасов. Износ поршней с покрытием в 3 раза меньше, чем поршней из сплава AJi 25.

'..спытзния, проведенные в ГСКс "Дизель",ПС Харьковский моторостроительный завод "Серп и молот" показали, что применение покрытия из сплава Г1Г-19М01 но юбке поршня двигателя типа СМД-16 позволяет снизить расход топлива на 1,1 г/кВт.ч за счет снижения условного среднего давления механических потерь на 0,006 ЫПа.

Технологический процесс восстановления юбки алюминиевого поршня плазменным напылением порошка ПГ-13М01 был принят Ведомственной комиссией Госагропрома СССР я внедрен на Пекинском ремонтном предприятии.

Разработанный технологический процесс отмечен серебряной медалью ЪДНл СССР.

Годовой экономический эффект от внедрения результатов исследования составит от 2950 руб. до 7900 руб. в зависимости от марки двигателя.

о; с г.е выводы

1. Анализ особенностей и условий взаимодействия контактирующих .фаз на границе расплавленная частица-основа из алюминиевого сплава с учетом теплофкзлческих и термодинамических расчетов, характера 'изменения температуры и скорости частиц порошка ПГ-19М01, структуры и своПств напыленного слоя, оценки его работоспособности в условиях эксплуатации, позволили разработать и оптимизировать технологию восстановления и упрочнения плазменным напылением боковой поверхности поршня двигателя внутреннего сгорания типа смд.

2. Доказано, что при плазменном напылении алюминиевой бронзы

на основу из алюминиевых сплавов, для образования поошой адгезионной связи, необходимо, чтобы контактная температ"ра на границе взаимодействующих фаз составляла не менее 541"° С.

3. Установлено, что увеличение контактном температуры на 100...120° С, при напылении бронзы на поверхность алюминиевого сплава, происходит за счет алюмстермической реакции восстановления оксида меди.

4. Показано, что при напылении алюминиевой бронзы на поверхность алюминиевых сплавов на установке УПУ-ЗД оптимальными режимами напыления являются: ток - Зб^А, напряжение - В, расход плаз-мообразугащей смеси - 1,5...2,0 м3/ч, дистанция напыления первого слоя покрытия толщиной 0,1 мм - 140 мм, дистанция напыления основного слся покрытия - 100 мм.

5. Разработанная технология плазменного напыления исключает применение подслоя из алюминида никеля или молибдена. Промекуточ- . ным слоем являются частицы порошка ПГ-ГЖ1, что упрощает технологию напыления и обеспечивает адгезионную прочность сцепления

40.. .42 К Па.

6. Износостойкость созданного покрытия в 3-4 раза, а прираба-тываемость - в 3-3,5 раза превышает аналогичные характеристики сплава АЛ 25. Интенсивность изнашивания гильзы в паре с покрытием ПГ-19М01 в 4 раза ниже, чем для пары гильза-сплав АЛ 25. Применение износостойкого плазменного покрытия из порошка ПГ-19М01 позволило повысить работоспособность как самого поршня, так и гильзы цилиндров одновременно и уменьшить давление условных механических потерь на трение в двигателях типа СЩ на 0,006 МПа, снизить расход топлиез на 1,1 г/кВт.ч.

7. Технология восстановления юбки поршня плазменным напылением внедрена на Пекинском ремонтном предприятии Тульской области.

Годовой экономический эффект от внедрения составляет от 2950 руб. до 7900 руб. в зависимости от марки двигателя.

Основные полокения диссертационной работы изложены в следующих работах:

Тюгашкина С.Ю., Соловьев Б.И. Обеспечение высокой прочности сцепления антифрикционного покрытия с алюминиевыми сплавами при плазменном напылении //Передовой научно-производственный опыт в инженерно-техническом обеспечении агропромышленного комплекса, рекомендуемый для внедрения. -К: АгроНКМТЙ'Л'ЛТО. -1959. -Вып. 2. -С. 15, 16.

Соловьев Б.М., Андреева А.Г., Тюгашкина 0.L. Повышение износостойкости алюминиевых поршней двигателей типа СНА //Передовой научно-производственный опыт в инденерко-техническом обеспечении агропромышленного комплекса, рекомендуемый для внедрения. -М: АгроН'.ГлТЖТО. -1989. -Вып. 3. -С. 2, 3.

Соловьев Б.;.':., Тюгашкина О.Ь. Обеспечение высокой прочности сцепления покрытия ПГ-1Й401, полученного плазменным напылением при восстановлении юбки алюминиевых поршней двигателей типа Ct.iÁ // Теория и практика газотермического нанесения покрытий: Тез. докл. XI Всесоюзной конференции. -Дмитров, 1989. -Т.З. -С. 172-177.

Тюгашкина 0.L1., Соловьев Б.М. Плазменное напыление юбок алюминиевых поршней //Механизация и электрификация сельского хозяйства. -1309. -№ 6, -С. 52-53.

Соловьев Б.П., Тюгашкина O.ÍO. Восстановление юбок алюминиевых поршней с оптимизацией рех'.имоЕ плазменного напыления при использовании вычислительной техники //Научно-технический прогресс в авторемонтном производстве: Тез. докл. семинара. -М., 1990. -С. 115—125.

А.с. 163819с (СССР). Способ нанесения газотермических покрытий на тела вращения (Соловьев Е .М.,. Тюгашкина О.Ь., Терехов Д.к)., Осин к.Vi. -Заявлено II.05.со г., опубл. в Б.И. 1991, IS 12.