автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.04, диссертация на тему:Закономерности изнашивания упрочненных трибосопряжений в масляных и водных средах

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ПОДІЛЛЯ

р Г Б ОД 7 ОКТ 1538

Мещеряков Юрій Михайлович

УДК 621.891

ЗАКОНОМІРНОСТІ ЗНОШУВАННЯ ЗМІЦНЕНИХ ТРИБОСПОЛУЧЕНЬ В МАСЛЯНИХ ТА ВОДНИХ СЕРЕДОВИЩАХ

Спеціальність 05^02.04 Тертя та зношування в машинах

Автореферат дисертації на здобуття ч наукового ступеня кандидата технічних наук

Хмельницький -1998

Дисертацією е рукопис.

Робота виконана в Київському інституті Військово-Повітряних Сил України (м. Київ) .

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор

Носовський Ігор Георгійович, Київський інститут Військово-Повітряних Сил України, професор кафедри матеріалознавства, технології та ремонту авіаційної техніки

Офіційні опоненти: -

доктор технічних наук, професор Гладченко Олександр Миколайович, Київський науково-дослідний інститут пластичного машинобудування, завідуючий відділом технології машинобудування

кандидат технічних наук, доцент Олександренко Віктор Петрович, Технологічний університет Поділля, начальник науково-дослідного сектору

Провідна установа: -

Фізико-технологічний інститут металів та сплавів Національної Академії Наук України

Захист відбудеться _1998 р. о /4" годині на

засіданні спеціалізованої вченої Ради Д70.052.02 при Технологічному університеті Поділля за адресою: 280016, м. Хмельницький, вул. Інститутська, 11, 3-й‘учбовий корпус

З дисертацією можна ознайомитися в науковій бібліотеці Технологічного університету Поділля (вул. Кам'янецька, 110/1).

Автореферат розісланий___________//. _________1998 р.

Вчений секретар .

спеціалізованої вченої Ради, ==—2^*

кандидат технічних наук, доцент Г.С.Капда

Актуальність теми. Підбір матеріалів пар тертя - важка задача, рішення якої залежить від конструкції та призначення вузла, технології виробництва, умов експлуатації, від вимог до поверхневої та об'ємної міцності деталей, ресурсу їх роботи і надійності при урахуванні вартості матеріалів та їх дефіцитності. '

В даний час, розроблено та знаходить широке застосування в практиці значна кількість конструкційних, . технологічних і експлуатаційних методів підвищення зносостійкості пар тертя. Однак завдяки недостатньої вивченості процесів поверхневого руйнування матеріалів при терті, розробляємі засоби поверхневого зміцнення досить часто застосовуються без достатніх обгрунтувань, внаслідок чого на робочих поверхнях деталей виникають катастрофічні процесу зносу. ■

Таким чином, підібрати та рекомендувати оптимальний метод поверхневого зміцнення пар тертя для роботи у заданому мастильному середовищі можливо тільки на основі вивчення комплексного впливу ряду факторів, які визначають процеси зносу.

Аналіз значної кількості робіт, присвячених вивченню впливу умов тертя на зносостійкість зміцнених матеріалів показав, що в них практично немає комплексного підходу до цієї проблеми. Випробування матеріалів проводились при різних умовах тертя (навантаження, швидкість ковзання, кінематика тертя тощо), часто ведучи процеси руйнування не ідентифікувались, мало даних про зміни хімічного складу та структури поверхневих шарів, які отримані із застосуванням сучасних методів дослідження.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота проводилась у відповідності з перспективним планом науково-дослідної роботи викладачів Київського інституту Військово-Повітряних Сил і пов’язана НДР № 49555 «дослідження процесів тертя та зносу елементів трибосполучень, зміцнених сучасними методами та розробка рекомендацій по підвищенню зносостійкості деталей при їх виготовленні та ремонті» за пріоритетним напрямком розвитку науки і техніки «Екологічна чиста енергетика та ресурсозберігаючи технологи» (програма «Підвищення надійності та довговічності машин і

конструкцій», наведеним в Постанові Верховної Ради України № 2705 від 16.10.92 р. з подальшими доповненнями.

Мета і завдання дослідження.

Метою роботи е встановлення впливу різних методів поверхневого зміцнення і хімічного складу мастильного середовища на розвиток ведучих та супутніх процесів руйнування при терті.

У відповідності з поставленої метою, розв'язувались такі основні задачі:

- розробка методики проведення триботехнічних випробувань на машині тертя:

- експериментальне дослідження зносостійкості перспективних покриттів при терті у масляних та водних середовищах;

- застосування методу аналізу параметрів амплітудного розподілення сигналів акустичної емісії і трибо-ЕДС для експрес-визначення стану пар тертя;

- проведення досліджень поверхневих структур з застосуванням мікрорентгеноспектрального оже-спектрального аналізу, растрової електронної мікроскопії, оптичної металографії та дюрометри; _

- визначення взаємозв'язку зносостійкості досліджених покриттів

з їх фізико-механічними характеристиками, та хімічним складом мастильного середовища; .

- розробка рекомендацій щодо практичного застосування досліджених покриттів та функціональних присадок: трикрезилового ефіру фосфорної кислоти і діалкілдітіофосфату цинку.

Наукова новизна одержаних результатів.

Наукова новизна винесених на захист результатів полягає у наступному:

- на основі дослідження хімічного та фазового складу поверхневих структур, які утворюються при терті, встановлено механізми зношування перспективних покриттів в масляних та водних середовищах;

- визначені механізми взаємодії' функціональних присадок: трикрезилового ефіру фосфорної кислоти і діалкілдітіофосфату цинку -з поверхневим шаром покриттів, внаслідок чого відбувається зниження інтенсивності механо-хімічного зношування та блокування процесів охоплення другого роду;

- встановлено, що при терті електроіскрового покриття хромом в мастильному середовищі, яке містить трикрезиловий ефір фосфорної кислоти або діалкілдітюфосфат цинку відбувається процес адсорбції поверхнево-активних речовин, що призводить до зародження мікротріщин і до зниження роботи поверхневого руйнування;

- доведено, що працездатність повітряно-плазмових покриттів визначається інтенсивністю відшарування ділянок поверхні розміром 2-3 мкм, які не викликають абразивного зношування;

- встановлено, що внаслідок впливу високої температури, екзоелектронноі емісії, зсувних процесів при терті відбувається руйнування зв'язків ОН --Ну молекулі води з утворенням перекису водню та деструкція водорозчинних сполучень, тому атоми активних елементів приймають участь у формуванні плівок вторинних структур.

Практичне значення отриманих результатів.

Результати досліджень по вивченню впливу хімічного складу масляних та водних середовищ на трибологічні властивості перспективних покриттів можуть бути використані при проектуванні пар тертя, а також для визначення ресурсів їх роботи.

Розроблена методика, яка дозволяє визначати характеристики тертя та зношування перспективних покриттів при роботі, як у нормальних та і в екстремальних умовах, без точного копіювання їх навантажувальних та швидкісних діапазонів експлуатації.

Результати роботи можуть бути використанні: у загальному машинобудуванні для підвищення зносостійкості та для відновлення деталей, працюючих в масляних середовищах; в хімічної та біохімічної промисловості, при проектуванні та ремонті гідромашин, працюючих у воді та водних розчинах кислот та лугів. .

Особистий внесок здобувача.

1. Розроблено методику проведення порівняльних випробувань металів та покриттів на машині тертя.

2. Виконано всі трибологічні випробування перспективних покриттів, проведені металографічні та дюрометричні дослідження поверхневих структур.

3. Отримані залежності інтенсивності зношування від фізико-

механічних характеристик покриттів та хімічного складу мастильних середовищ. '

•)

4. Встановлено механізм ззхисноі дії функціональних присадок трикрезилового ефіру фосфорної кислоти та діалкілдітіофосфату цинку на поверхні тертя покриттів.

5. Встановлено механізм трибодеструкції водорозчинних сполучень та його вплив на формування вторинних структур.

Апробація результатів дисертації.

Основні положення роботи і Ті окремі результати доповідалися і обговорювалися на наступних науково-технічних конференціях та семінарах на Всесоюзній науково-технічній конференції «Науково-технічний прогрес та експлуатація повітряного транспорту» (м. Москва, 1990 р.); на республіканській науково-технічній конференції «Конверсія виробництва деталей двигунів внутрішнього згоряння» (м. Харків, 1991 р.); на 2-й науково-технічній конференції «Хімотологічні та трибологічні проблеми в експлуатації техники» (м. Київ , 1995 р );

Публікації За результатами роботи опубліковано 7 статтей .

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, загальних висновків та списку літератури. Робота виконана на 153 сторінках машинописного тексту, містить 41 малюнок,

14 таблиць та список використаних літературних джерел з 195 найменувань. Загальний об’єм дисертації 172 сторинки.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі розглядаються сутність і стан наукової проблеми та їх значення, розглядаються питання про актуальність теми досліджень, обгрунтовуються мета роботи та її практична цінність, вказується наукова новизна отриманих результатів.

В першому розділі дається аналіз загальних уявлень про механізм тертя та зношування конструкційних матеріалів. Аналізуються основні положення молекулярно-механічної теорії тертя та зносу І.В. Крагельського, розглядається структурно-енергетична теорія тертя та зносу, яка розвивається школою Б. І. Костецького. Розглядається вплив кристалічної структури та фізико-хімічних властивостей пар тертя на розвиток процесів поверхневого руйнування. Дається огляд особливостей зношування конструкційних матеріалів при терті у водних середовищах. Розглядаються сучасні методи поверхневого зміцнення металів та їх вппив на зносостійкість. Дається оцінка можливості

застосування методів аналізу амплітудного розподілення сигналів акустичної емісії та трибо-ЕДС для експрес-визначення стану трибосистеми. На основі проведеного літературного огляду робиться висновок про недостатню вивченість процесів зношування перспективних покриттів при терті в масляних та водних середовищах і визначається комплекс подальших досліджень у цьому напрямку.

У другому розділі наведено методику проведення прискорених порівняльних випробувань металів та покриттів на машині тертя. Проводиться вибір мастильних середовищ та покриттів - об'єктів дослідження Описується контрольно-вимірювальна апаратура, методика реєстрації та обробки сигналів акустичної емісії і трибо-ЕДС, проводиться вибір інформативних параметрів. Приводяться методи дослідження поверхонь тертя.

Трибологічні випробування проводились за схемою тертя «ролик

- колодка» з номінальною площиною контакту рівною 5x10'5 м2. Температура масляних середовищ при проведенні випробувань складала 100°С, водних середовищ - 20°С. Поверхні тертя зразків та контртіл перед випробуванням шліфувались до Яа = 1,25 мкм. У якості мастильних середовищ були вибрані: мастило МС-20, мастило МС-20 з додатком 1 % трикрезилового ефіру фосфорної кислоти, мастило МС-20 з додатком діалкілдітіофосфату цинку, дистильована вода, 0,1 М розчин №ОН, 0,1 М розчин НгБОд. У якості об'єктів дослідження були вибрані сталь ШХ-15, загартована та лідвергнута низькому відпуску, електроіскрове покриття хромом, нанесене на зразки із сталі ШХ-15. повітряно-плазмове покриття системи Ге-Сг-Си-Мо-В-С-Бі із наступним вмістом компонентів: Ре - 61,83 %, Сг -15 %, Си -13 %, Мо - 4.61 %, В -2,5 %. С - 2,48 %, Бі - 0,58 %, а також двофазне боридне покриття та двофазне боридне покриття, яке оплавлене променем лазеру.

Для реєстрації та обробки сигналів акустичної емісії та трибо-ЕДС був застосований серійний комплект апаратури, який має метрологічне забезпечення та складається з широкосмужного п'єзодатчику ЦТС-19, що працює у інтервалі частот 0,2-2,0 МГц, акустико-емісійного прибору АФ-15, аналізатору імпульсів АИ-4096А-90, блоку мультиплексувания та ПЕОМ. Для прийому сигналів трибо-ЕДС п'єзодатчик замінювався на два контакти, один з яких з'єднувався з контртіпом, ізольованим від маси машини тертя, а другий - з корпусом акустико-емісійного прибору

АФ-15. Подальша обробка сигналів проводилась за тією ж схемою, що і обробка сигналів акустичної емісії.

В якості інформативного параметру була прийнята інформаційна ентропія розподілення густини ймовірності квадрату амплітуд, яка розраховується за формулою Шенона та відноситься до шляху тертя

Аналіз поверхневих шарів, які утворилися у процесі тертя, проводився Із застосуванням металографічних досліджень, що проводились на оптичному металографічному мікроскопі МИМ-8 при збільшеннях 200 та 340 крат. Дюрометрічні дослідження проводились на мікротвердомірі ПМТ-3 при навантаженні на індентор 0,5-2,0 Н. Оцінка шорсткості покриттів проводилась із застосуванням профілометру-профіпографу «Суртронік-ЗП» перпендикулярно напрямку ковзання. Мікрорентгеноспектральний аналіз проводився на електроно-рзстровому мікроскопі-мікроаналізаторі «Камабакс-50СХ». Аналіз хімічного складу поверхневих шарів здійснювався при прискорюючий напрузі 15 КВ, струмі 110 мА, оже-спектральні дослідження прозодились на оже-спетрометрі «Джамл-10С» при прискорюючий напрузі 10 КВ, діаметрі електронного зонду від 25.до 50 мкм, струмі електронного променя 5x10'7А, напрузі модуляції 4 еВ, та вакуумі не нижче ніж 2хЮ'7Па. Пошарове витравлення вибраних ділянок з метою вивчення розподілу елементів від поверхні зразків на глибину проводилось іонами аргону, скануючою іонною гарматою при прискорюючий напрузі З КВ, струмі ЗО мА та діаметрі іонного зонду 50 мкм. Розмір зони, яка підлягала розпилу задавався в межах від 50,0 на 50,0 мкм до 450,0 на 450,0 мкм. Електронно-растрові дослідження проводились на приборі «Джамп-10С» у вторинних та пружно-розсіяних електронах, що дало можливість вивчати топографію та фазовий контраст поверхонь тертя, фотографування проводились у діапазоні збільшення від 45 до 10 000 крат. Експериментальні дослідження зносостійкості вибраних покриттів при терті у масляних та водних середовищах проводились за оригінальною методикою, яка використовує підхід за процесами у рамках структурно-енергетичної теорії тертя, розробленої Б.І.Костецьким. .

Суть методики полягає у наступному: в базовому мастильному середовищі проводяться триботехнічні випробування матеріалу, зносостійкість якого необхідно порівняти з іншими матеріалами або покриттями. При цьому матеріал пари тертя проходить випробування

на зносостійкість при декількох фіксованих швидкостях ковзання: 1, 2, З м/с тощо в залежності від діапазону робочих швидкостей даної машини тертя Для кожної швидкості ковзання питоме навантаження на зразок поступово підвищується до моменту початку охоплення другого роду, визначається питомий знос зразків, якій відповідає ступеням навантаження Отримані таким чином залежності зносу від швидкості ковзання та питомого навантаження будуються на одному графіку для зручності подальшої роботи з ними. На (рис. 1) представлений графік залежності зносу сталі LUX-15 від питомого навантаження при терті у мастилі МС-20 для швидкостей ковзання 1, 2, 3 м/с. Для подальшої роботи на кривій зносостійкості, яка відповідає максимальної швидкості ковзання при якої проводилися випробування (у даному випадку 3 м/с) знаходиться точка, яка відповідає моменту переходу від процесу механохімічного зношування до процесу охоплення другого роду та з даної точці опускається перпендикуляр на вісь абсцис, до перетинання

з кривими зносостійкості, що відповідають швидкостям ковзання 2 і 1 м/с. Таким чином, визначались три точки якім відповідали три значення питомого зносу при даному навантажені. Після цього отриманий графік перебудувався наступним чином: по вісі X відображувалась швидкість ковзання, по вісі Y - питомий знос зразків. На новому графіку відмічалися три точки, які відповідали точкам А, В, С першого графіку. При цьому точка А відповідала швидкості 3 м/с, точка В - швидкості 7 м/с, точка С - швидкості 1 м/с. Для проведення подальших порівняльних випробувань зразки та контртіла із ШХ-15 були підвергнути електроіскровому легуванню хромом. Наступні випробування даних зразків проводились за схемою: при швидкості ковзання 3 м/с зразок зміцнений електроіскровим легузанням навантажувався до моменту охоплення другого роду, при цьому фіксувалось питоме навантаження, яке відповідало цьому моменту. Після закінчення випробувань, зразок зважувався, розраховувався його питомий знос, і на графік (рис. 2) наносилась точка А,; потім слідуючий зразок проходив випробування при тому ж питомому навантаженні що і перший, але при швидкості ковзання 2 м/с, на графік наносилась точка Ві, яка відповідала його питомому зносу , далі при тому ж навантаженні і швидкості ковзання випробувався третій зразок та на графік наносилась точка Сі. Отримані точки з’єднувались лінією та отримувалась залежність зносу електроіс-

Рис.1 Залежність зносу сталі ШХ-15 при терті в мастилі МС-20 від • питомого навантаження: 1-1 м/с, 2-2 м/с; 3-3 м/с.

Рис 2 Залежність зносу сталі ШХ-15 (1) та електроіскрового покриття (2) від швидкости ковзання і питомого навантаження.

крозого покриття від швидкості ковзання та питомого навантаження. Таким чином, на одному графіку будувались залежності зносу сталі ШХ-

15 та електроіскрового покриття хромом від швидкості ковзання та питомого навантаження Подальший аналіз результатів випробувань, які проведені за даною методикою, дозволяє зробити наступні висновки:

1. Електроіскрове легування поверхні -сталі^ШХ-15 хромом сприяло зниженню інтенсивності зношування на всьому дослідженому діапазоні навантажень при швидкостях ковзання 1, 2, 3 м/с.

2 При терті зразків, зміцнених електроіскровим легуванням процес механохімічного зношування спостерігається до навантаження 34 МПа, в той час як для зразків зі сталі ШХ-15 даний процес спостерігається до навантаження 24 МПа

3. Інтенсивність зношування зразків, зміцнених методом електроіскрового легування, при протіканні на поверхні процесу охоплення другого роду нижча ніж у зразках зі сталі ШХ-15. Таким чином, стальні деталі, на яких нанесено електроіскрове хромове покриття можуть успішно застосовуватись для роботи у середовищі мастила МС-20 а досліджених діапазонах навантаження та швидкості ковзання взамін деталей виготовлених зі сталі ШХ-15. Крім того, метод електроіскрового легування хромом може бути використаний як технологія ремонту зношених деталей виготовлених зі сталі ШХ-15.

У третьому розділі досліджується вплив хімічного складу масляних середовищ нз процеси зношування сталі ШХ-15, електроіскрового покриття хромом, повітряно-плазмового покриття системи Fe-Cu-Cr-Mo-B-C-Si, сталі 45, що була підвергнута двофазному боруванню, та композиції, отриманої шляхом оплавлення двофазних боридних структур лазерним випромінюванням.

.Визначено, що процес механохімічного знощування зразків із сталі ШХ-15 протікає для швидкості ковзання 3 м/с у мастилі МС-20 до навантаження 24 Мпа, у мастилі МС-20 + 1% ТКФ до 34 Мла, у мастилі МС-20 + 1% ДФ-11 до 28 Мпа.

Доведено, що механізм захисної дії ТКФ при терті сталі ШХ-15 проявляється тількі на легхих режимах роботи і полягає в утворенні на поверхні квазікристалевого шару полярних молекул цієї присадки, внаслідок чого виникають гранични структури з високою міцністю на стиск та малим опором тангенційному переміщенню. Підтвердженням цьому є зниження коефіцієнту тертя у 3 рази, разом з підвищенням об'єму металу, що підлягає обтиску, внаслідок чого підвищується

К)

мікротвердість поверхневого шару. З'ясовано, що ця присадка практично не впливає на інтенсивність зношування охопленням другого роду. Механізм захисної дії ДФ-11 проявляється в основному при охопленні другого роду та полягає в утворенні на поверхні зразків плівки сірчаного цинку,-що забезпечує зниження коефіцієнту тертя та інтенсивності зношування, таким чином цю присадку можливо застосовувати як засіб захисту від гарячого задиру

Визначено, що процес механохімічного зношування електроіскрового покриття протікає для швидкості ковзання 3 м/с у мастилі МС-20 до навантаження 34 Мпа, у мастилі МС-20 + 1% ТКФ до 14 Мла, у мастилі МС-20 + 1% ДФ-11 до 17 Мпа, ' .

Розглядаючи присадки ТКФ та ДФ-11 як можливі засоби змень-шення інтенсивності зношування, слід відмітити, що у процесі тертя нз внутрішніх поверхнях пор відбувається адсорбція полярних молекул цих присадок, що призводить до зниження міцності поверхневого шару та зменьшення роботи необхідної для його руйнування (проявляється ефект Ребіндера), внаслідок чого сутьтево звужується навантажувальний диапазон протікання процессу механохімічного зношування. Таким чином, деталі, на поверхні яких нанесено електроіскрове покриття хромом, не можуть працювати у мастильних середовищах до складу яких входять ці присадки .

Випробування показали, що процес механохімічного зношування повітряно-плазмового покриття протікає для швидкості ковзання 3 м/с у мастилі МС-20 до навантаження 18 Мпа, у мастилі МС-20 + 1% ТКФ рз 38 Мпа, у мастилі МС-20 + 1% ДФ-11 до 34 Мпа.

Для з’ясування процесів, які відбуваються на поверхні повітряно-плазмового покриття при терті у масляних середовищах, слід зазначити, що до його складу (за даними оже-спектрального та мікрорентге-носпектрального аналізів) входять бориди типу СгВ, Сг2В, Сг5В3, карбо-бориди, карбід хрому типу СгС3> а-фази твердого розчину хрому, окисні сполучення типу Сг20з, В-Оз, легкоплавкі евтектики бору та кремнію з залізом та хромом, які мають температуру плавлення 650-1080°С. Наявність в покритті такого ряду дрібнодисперсних фаз, мікротвердість яких знаходиться в межах від 600 до 14450 МПа, сприяє підвищенню зносостійкості. Доведено, що механізм захисної дії ТКФ при терті повітряно-плазмового покриття проявляється тільки на легких режимах роботи і полягає а утворенні на поверхні плівок фосфатів заліза, міді,

хрому та молібдену, які сприяють розширенню навантажувального діапазону механохімічного зношування, при цьому переважно відбувається легування евтектичної складаючої Механізм захисної дм ДФ-11 проявляється в основному при схоплені другого роду та полягає в утворенні на поверхні фосфорнокислих сполучень міді та сірчаного цинку, які захищають покриття від гарячого задиру При цьому відбувається висхідна дифузія міді. Механізм зношування повітряно-плазмового покриття визначається інтенсивністю відшарування ділянок поверхні розміром 2-3 мкм, хімічних склад яких ідентичний хімічному складу поверхні тертя Внаслідок малого розміру ці відшаровані ділянки не викликають абразивного зношування

Визначено, що процес механохімічного зношування сталі 45, що була підвергнута двофазному боруванню, протікає для швидкості ковзання 3 м/с у мастилі МС-20 до навантаження 27 Мпа, у мастилі МС-20 + 1% ТКФ до 30 Мпа, у мастилі МС-20 + 1% ДФ-11 до 40 Мпа.

Характерною особливістю зносу двофазного боридного покриття є те, що на його поверхні утворюються плівки вторинних структур, які на легких режимах тертя мають форму пластинок з розміром від 2 до 15 мкм. Ці структури знаходячись у аморфному стані є надтекучими та надпластичними, можуть вільно переміщуватись по поверхні тертя

На тяжких режимах відбувається процес утворення сферичних частинок діаметром 2-4 мкм, які виникають внаслідок об'єднання, частинок пластичної та лускоподібної форми, при одночасному впливу високих температур, що виникають на плямах фактичного контакту. Другою причиною утворення сферичних частинок є втомлене руйнування кромо.к мікротріщин, внаслідок багатократного проходження хвилі пружно-пластичної деформації по поверхні зразка. Цей процес призво-дитьдо утворення частинок неправильної геометричної форми, які при обкатуванні набувають форму сфери. Доведено, що механізм захісної дії ТКФ проявляється тількі на легких режимах роботи і полягає в утворенні на поверхні квазікристалевого шару полярних молекул цієї присадки, внаслідок чого виникають гранични структури з високою міцністю на стиск та малим опором тангенційному переміщенню. Підтвердженням цьому є зниження коефіцієнту тертя у 3 рази, разом з підвищенням об’єму металу, що підлягає обтиску, внаслідок чого підвищується мікротвердість поверхневого шару. З'ясовано, що ця присадка практично не впливає на Інтенсивність зношування

охопленням другого роду Механізм захісної дії ДФ-11 проявляється в основному при охопленні другого роду та полягає в утворенні на поверхні зразків плівки сірчаного цинку, що забезпечує зниження коефіцієнту тертя га інтенсивності зношування, таким чином цю присадку можливо застосовувати як засіб захисту від гарячого задиру.

Визначено, що процес механохімічного зношування композиції, отриманої шляхом оплавлення лазерним випромінюванням двофазних боридних структур протікає для швидкості ковзання 3 м/с у мастилі МО- . 20 до навантаження 35 Мпа, у мастилі МС-20 + 1% ТКФ до 46 Мпа, у мастилі МС-20 + 1% ДФ-11 до 46 Мпа

Розглядаючи закономірності зношування цього покриття, слід відмітити, що за дани.ии оже-спектрального та мікрорентгеноспектраль-ного аналізів при оплавленні лазерним випромінюванням двофазних боридних структур у поверхні зразків формується композиційний шар, який складається з евтектики - твердого розчину бору в а-залізі, боридів Ре2В та бороцементиту. Мікрокрихкість евтектичної боридної структури у 10-12 разів меньше, ніж суцільного борованого шару, якій складается з фаз РеВ та Ре;В. Підвищення пластичності запобігає процесу абразивного зношування, скопів на поверхні не спостерігается, тверді частинкі боридів знаходячись у м'якої матриці - евтектиці підвищують ступень її зміцнення та запобігають руху дислокацій. Таким чином, механізм зношування цього покриття відповідає правилу Г.Шарпі, згідно якого найбільш зносостійкім є сплав, що має структуру «тверді зерна у пластичній основі», при цьому тверді зерна приймають на себе навантаження, а пластична основа має рельєф поверхні, якій дає змогу мастильному середовищу охолоджувати та змащувати місцеві поверхні тертя, утворені твердими зернами. Механізм захісної дії присадки ТКФ проявляється переважно на легких режимах роботи і полягає у додатковому легуванні евтектики - твердого розчину бору в а-залізі з утворенням фосфату заліза, що сприяє розширенню навантажувального діапазону механохімичного зношування. Механізм захісної дії присадки ДФ-11 проявляється при охопленні другого роду та полягає в утворенні на поверхні тертя плівки сірчаного цинку, яка захищає покриття від гарячого задиру. . .

У четвертому розділі досліджується вплив хімічного складу водних середовищ на процеси зношування сталі ШХ-15, електроіскрового покриття хромом, повітряно-плазмового покриття системи Ре-Си-Сг-Мо-

В-С-Бі. сталі 45, що була підвергнута двофазному боруеанню, та композиції отриманої шляхом оплавлення двофазних боридних структур лазерним випромінюванням

Доведено, що процес механохімічного зношування зразків із сталі ШХ-15 протікає для швидкості ковзання 3 м/с у воді до навантаження 5 Мла. у 0,1 М розчині NaOH до 4 Мпа, у 0,1 М розчині до 3,3 Мпа.

При терті у воді на поверхні сталі відбувається інтенсивна корозія. Додавання у воду Н^Од призводить до протікання реакції за формулою (1), що значно збільшує інтенсивність зношування.

?е° + НгБОд = РевОд + Н7 2 їе° - 2 і = 2 ?е°і О)

2 Н* + 2 і = Н°2

Додавання у воду №ОН призводить до підвищення окислювальної здібності води, внаслідок чого на поверхні утворюються вторинні структури з високим вмістом кісню, які є більш кріхки. Все це призводить до підвищення зносу пари тертя. Таким чином, цю сталь неможливо рекомендувати як матеріал для виготовлення деталей, що працюють у водних розчинах кислот та лугів.

Визначено, що процес механохімічного зношування електроіскрового покриття протікає для швидкості ковзання 3 м/с у воді до навантаження 1,5 Мпа, у 0,1 М розчині №ОН до 2,8 Мпа, у 0,1 М розчині до 3,15 Мпа.

При терті у воді та 0,1 М розчині на поверхні тертя

формуються вторинні структури із вмістом кісню до 26 ат. %, що призводить до їх крихкого руйнування. Випробування довели, що при роботі цього покриття у 0,1 М розчині №ОН на поверхні відбувається хімічна реакція утворення хроміту натрію за формулою (2), Це викликає збільшення Інтенсивності зношування. Крім того, при охопленні другого роду відбувається руйнування цього покригтя на всю його товщину.

2 №ОН + 2 Сг + 2Н;0 = 2 №Сг02 + ЗНг (2)

Таким чином, це покриття не може застосовуватись для роботи у водних середовищах. .

Випробування показали, що процес механохімічного зношування повітряно-плазмового покриття протікає для швидкості ковзання 3 м/с у

м

воді до навантаження 16 Мпа, у 0,1 М розчині МаОН до 18 Мпа. у 0,1 М розчині Н.-БО* до 18 Мпа .

Доведено, що у процесі тертя повітряно-плазмового покриття у досліджених середовищах відбувається інтенсивне збагачення поверхневого шару міддю, що робить поверхню інертною до агресивних середовищ Все це позвопяє рекомендувати це покриття для роботи у досліджених середовищах.

Визначено, що процес мєханохімічного зношування сталі 45, що була підвергнута двофазному боруванню протікає для швидкості ковзання 3 м/с у воді до навантаження 8,5 Мпа, у 0,1 М розчині МаОН до 10 Мпа. у 0,1 М розчині Н^-БОа до 11,5 Мпа

Хімічної взаємодії матеріалу покриття з агресивним середовищем не відбувається. Інтенсивність зношування визначається в основному змістом х¡сню у вторинних структурах, якій залежить від окіслювальної здібності водного середовища. Таким чином, це покриття може бути рекомендоване як засіб зміцнення деталей, що працюють у водних розчинах кислот та лугів.

Встановлено, що процес мєханохімічного зношування композиції, отриманої шляхом сплавлення двофазних боридних структур лазерним випромінюванням протікає для швидкості ковзання 3 м/с у воді до навантаження 13,9 Мпа, у 0,1 М розчині МаОН до 14,5 Мпа, у 0,1 М розчині НгБОі до 11 Мпа.

Дослідження довели, що у процесі тертя цієї композиції на поверхні утворюються вторинні структури, які представляють собою тверді розчини кісню та бору у а-залізі. Це призводить до більш інтенсивного зношування евтектичної основи, внаслідок чого підвищюеться тиск на тверді складові частинкі Ре2В та бороцементиту. Хімічної взаємодії матеріалу покриття із агресивним середовищем не відбувається. Все це дозволяє рекомендувати лазерне оплавлення двофазних боридних шарів як перспективну технологію обробкі деталей для роботи у досліджених середовищах.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ І ВИСНОВКИ

1. Проведений аналіз праць у галузі тертя, зношування та змащювання деталей машин показав на недостатню вивченість процесів поверх-

невого руйнування перспективних покриттів у масляних та »одних середовищах

2 Вибрані найбільш перспективні покриття, які застосовуються в даний час для зміцнення нових та ремонту зношених деталей

3 Розроблена єкпрес-методика проведення порівняльних випробувань металів та покриттів на машині тертя 2070 СМТ-1 при моделюванні основних процесів зношування у масляних та водних середовищах

4 Для експрес-оцінкі якісних та кількісних характеристик зношування перспективних покриттів застосован метод аналізу параметрів амплітудного розподілення сігналів акустичної емісії та грібо ЕДС

5. Проведени тріботехнічні еипрбування та дослідження поверхонь тертя з застосуванням оже-спектрального, мікрореитгеноспекіраль-мого аналізів, растрової електроної мікроскопії, оптично) металографії та дюрометрії.

3. Виявлені загальні закономірності впливу хімічного складу мастильних середовищ на процеси зношування сталі ШХ-15, електроіскрового покриття хромом, повітряно-плазмового покриття системи {Ре-Си-Сс-Мо-В-С-ЭО, двофазного боридного покриття та композиції, отриманої оплавленням лазерним випромінюванням двофазних боридних структур.

7. На основі отриманих закономірностей тертя та зношування випробуваних матеріалів та покриттів запропоновані практичні рекомендації щодо їх застосування, визначені максимальні швидкості ковзання, максимальні питомі навантаження при даних швидкостях, допустимий хімічний склад середовищ, які застосовуються при роботі досліджених металів та покриттів,

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ЗДОБУВАЧЕМ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Носовский И.Г., Мещеряков Ю.М., Носовский О.И. Повышение износостойкости деталей *из стали ШХ-15 методом поверхностного электроискрового легирования хромом II 10-й сборник научны* трудов КВВАИУ. Летательные аппараты и авиационные двигатели, Киев. - 1990. - С. 37-38.

2. Носовский И.Г., Мещеряков Ю.М., Носовский О.И., Марчук В.Е. Повышение износостойкости деталей из стали 45 и ШХ-15 методом

. поверхностной лазерной закалки II 11-й сборник научных трудов КВВАИУ. Летательные аппараты и авиационные двигатели. Киев, -1992. - С. 42-43.

3. Носовский И.Г., Мещеряков Ю М., Носовский О И , Вдовиченко Н С. Повышение износостойкости стальных деталей методом поверхностной ионно-плазменной наплавки // 12-й сборник научных трудов КИВВС. Летательные аппараты и авиационные двигатели. . Киев,-1992.-С. 70-71.

4. Мещеряков Ю.М., Носовский О.И., Марчук В.Е. Методика проведения трибологических испытаний // 13-й сборник научных трудов КИВВС. Летательные аппараты и авиационные двигатели. Киев, -1992. - С. 62-64.

5. Мещеряков Ю.М., Носовский О.!.. Лабунец В.Ф. Закономірності

зношування повітряно-плазменого покриття при терті у мастильних середовищах II Сбірник наукових праць Київського інституту війсково-повітряних сил за профілем літальних апаратів та силових установокКиїв,- 1998. - С. 1 Б -16 . '

6. Мещеряков Ю.М., Носовский О.І., Лабунец В.Ф. Закономірності зношування покриття, отриманого методом електроіскрового легування хромом при терті в корозійно-активних середовищах II Сбірник наукових праць Київського інституту війсково-повітряних сил за профілем літальних апаратів та силових установок - Київ,- 1998. -С. 12-ЇЙ.

7. Мещеряков Ю.М., Носовский О.І., Лабунец В.Ф. Вплив лазерного

. випромінювання на трибологічні властивості сталі 45, борованої у

порошкоподібних сумішах II Сбірник наукових праць Київського інституту війсково-повітряних сил. за профілем літальних апаратів та силових установок Київ,-1998. - С. З -11 .

АНОТАЦІЇ

Мещеряков Ю.М. Закономірності зношування зміцне, їй/ трибосло-лучень у масляних та водних середовищах,- Рукопис. .

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.02.04.-Тертя та зношування у машинах, Технологічний університет Поділля, Хмельницький, 1998.

Захищаються 7 публікцій, які містять експериментальні дослід*

ження зносостійкості перспективних покриттів при терті у масляних та водних середовищах. На основі дослідження хімічного та фазового складу поверхневих структур, які утворюються при терті, встановлені механізми зношування перспективних покриттів в масляних та водних середовищах. Визначені механізми взаємодіі функціональних присадок до базових мастил з поверхневим шаром досліджених покриттів. Визначений взаємозв'язок між зносостійкістю досліджених покриттів, іх фізико-механічними властивостями та хімічним складом мастильного середовища. Вивчені механізми деструкції водорозчинних сполучень, їх вплив на стабільність води та утворення захисних плівок вторинних структур. Розроблені рекомендації що до практичного застосування досліджених покриттів та функціональних присадок до базових мастил.

Ключові слова: зносостійкість, тертя, перспективні покриття, функціональні присадки, мастильне середовище, зношування, вторинні структури.

Мещеряков Ю.М. Закономерности изнашивания упрочненных трибосопряжений в масляных и водных средах,- Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.02.04. - Трение и износ в машинах, Технологический университет Подилля. Хмельницкий, 1998.

Защищаются 7 публикаций , которые содержат эксперименталы^ ные исследования износостойкости перспективных покрытий при трении в масляных и водных средах. На основе исследования химического фазового состава поверхностных структур, которые образуются при трении, установлены механизмы изнашивания перспективных покрытий в масляных и водных средах. Определены механизмы взаимодействия функциональных присадок к смазочным маслам с поверхностным слоем исследованных покрытий. Определена взаимосвязь между износостойкостью исследованных покрытий, их физикомеханическими характеристиками и химическим составом смазочной среды. Изучены механизмы деструкции водорастворимых соединений, их влияние на стабильность воды и образование защитных пленок вторичных структур. Разработаны рекомендации по практическому применению исследованных присадок к смазочным маслам.

Ключевые слова: износостойкость, трение, перспективные покрытия, функциональные присадки, смазочная среда, изнашивание.

вторичные структуры

Meshcheryakov Y M Regularities in deterioration of tnboconjuga- tion in oil and water mediums - Manuscript

The thesis for the degree of Candidate of Technical Sciences in speciality

05 02 04 • Friction and wear in machines, Technological University of Podil lia, Khmelnitsky 1988

The seven publications are being submitted They contain experimental investigations of wear resistance of prospective coatings during fnc-tion in oil and water mediums •

On the basis of investigation of chemical and phase composition of surface structures, the mechanisms of deterioration the prospective coatings in oil and water mediums were settled

The mechanisms of functional oil additives interaction with investigated surface layer of coatings were determined

Interaction between deterioration of investigated coatings, their phisical & mechanic characteristics and chemical compound of lubricating mediums were determined

The mechanisms of destruction of water soluble compounds, their influence on water stability and forming prospective films of secondary structures were studied,

RecomendaUon of practical usage of investigated coatings and func- -tional oil additives, have been worked out to.

Key words wear resistance, fnotion, prospective coatings, functional additives, lubricating medium, deterioration, secondary structures.

t/

Підписано до друку 19.08.98. Вид Ка 2948 1,25 друк. арк. 1,16 ум. друк. арк. Безкоштовно. Зам. <*08, Намах 100 прав. Друкарня Київського Інституту ВПС