Ф.П. Дерлугян, И. Н. Щербаков, Г.Е. Трофимов, В.Т. Логинов, П.Д. Дерлугян
Целью настоящей работы было проведение испытаний по определению антифрикционных свойств и износостойкости десяти термостойких твёрдых смазочных покрытий (ТТСП) в режиме испытания пар трения, приближенном к реальным условиям эксплуатации (среда, нагрузки, скорости и т. д.).
Исследования проводились на универсальном трибометре, который представлял собой машину с возвратно-поступательным движением индентора, оборудованную вакуумной системой и системой создания высоких температур.
Основой для нанесения покрытий являлись инструментальные стали. В качестве подслоя методом химического осаждения наносилось покрытие, состоящее из никеля, меди и соединений никеля с фосфором и меди с фосфором. Все исследуемые покрытия содержали фосфатное связующее. В качестве наполнителей вводились порошки металлов, а также оксиды и дисульфиды металлов. В таблице представлены результаты триботехнических испытаний ТТСП.
Результаты триботехнических исследований ТТСП
№
п/п |
Наполнители | Фосфатное
связующее |
Удельная нагрузка, кг/см2 | Температура в зоне трения, °С | Работоспособность, мин | Коэффициент трения |
1 | ZrO+WS2 | На основе меди | 15400 | 20±5 | 20 | 0,09 |
2 | CuO+ WS2 | На основе двуокиси
циркония |
15400 | 20±5 | 90 | 0,12 |
3 | WS2 | На основе двуокиси циркония | 15400 | 20±5 | 10 | 0,12 |
4 | Cu+WS2 | На основе двуокиси
циркония |
15400 | 20±5 | 10 | 0,2 |
5 | HgO+WS2 | На основе двуокиси
циркония |
15400 | 20±5 | 90 | 0,15 |
6 | WS2 | На основе титана | 20 | 5 | 0,10 | |
300 | 25 | 0,20 | ||||
7500 | 600 | 10 | 0,23 | |||
7 | WS2+ ZrO2 | На основе кадмия | 20 | 5 | 0,40 | |
300 | 90 | 0,21 | ||||
7500 | 600 | 15 | 0,50 | |||
8 | WS2+ ZrO2 | На основе цинка | 20 | 5 | 0,08 | |
300 | 60 | 0.10 | ||||
7500 | 600 | 15 | 0,2 | |||
9 | WS2+ ZrO2 | На основе | 7500 | 20 | 5 | 0,3 |
алюминия и | 300 | 30 | 0,4 | |||
хрома | 600 | 60 | 0.5 | |||
10 | WS2 | Форрофосфатная связка + связка на основе магния + связка на основе алюминия | 15522 | 20 | 80 | 0,18 |
7500 | 20 | 120 | 0,27 | |||
7500 | 600 | 15 | 0,27 |
По результатам исследовании наиболее низким коэффициентом трения обладает ТТСП с наполнителями WS2+ ZrO2, однако работоспособность его сравнительно невысока (см. таблицу, ТТСП №1). Коэффициент трения у покрытия №2 (см. таблицу) содержащего оксид меди, составил 0,12; а работоспособность – 90 минут. Этот результат является одним из лучших, приведённых в данной работе. Низкий коэффициент трения и повышенная износостойкость покрытия №2, вероятно, в данном случае объясняется явлением избирательного переноса.
Покрытие №6 (см. таблицу) испытывалось при температурах 20, 300, 600 °С, коэффициент трения с повышением температуры изменялся от 0,1 до 0,23. Работоспособность данного покрытия удовлетворительная.
Коэффициент трения покрытия №8 (см. таблицу) изменялся в интервале от 0,08 при 20 °С до 0,2 при 600 °С. Работоспособность покрытия составляла от 5 до 60 минут.
Для покрытия №9 (см. таблицу), содержащего фосфатную связку с соединениями алюминия и хрома, коэффициент трения принимал значение в интервале от 0,3 до 0,5 в зависимости от температуры в зоне трения.
В покрытии №10 с синтезированной связкой (см. таблицу) использовался в качестве наполнителя дисульфид вольфрама. При комнатной температуре покрытие не проработало 120 минут при коэффициенте трения 0,27. При повышении температуры до 650 °С коэффициент трения увеличивался до 0,5. С повышением удельной нагрузки работоспособность данного покрытия составила 80 минут, коэффициент трения принял значение от 0,18 до 0,2.
Проведение триботехнических испытаний показало, что для увеличения работоспособности всех исследуемых ТТСП необходимо химически сконструировать индивидуальные подслойные покрытия с учётом температуры в зоне трения, природы фосфатной связки и состава вводимых наполнителей, а также провести моделирование и прогнозирование количественных показателей антифрикционных свойств для целенаправленного выбора состава ТТСП.
Работа выполнялась в рамках гранта Президента РФ № МК-1859.2010.8 для государственной поддержки молодых учёных.
Библиографический список
- Кутьков А.А. Износостойкие и антифрикционные покрытия. – М.: Машиностроение, 1976.-152с.
- Вишенков С.А., Каспаров Е.В. Повышение надежности и долговечности деталей машин химическим никелированием. – М.: Машгиз, 1963.- 207с.
- Голынко-Вольсон С.Л. Сычев М.М., Судакас Л.Г. Химические основы технологии и применения фосфатных связок и покрытий. – Л.: Химия, 1974. -158с.
- Иванов В.В., Щербаков И.Н. Моделирование композиционных никель-фосфорных покрытий с антифрикционными свойствами. – Ростов-на-Дону: Известия вузов. Северо-Кавказский регион, 2006.-112с.