Проаналізовано можливий синергічний ефект прояви зносостійкості і антіфрікционності композиційними нікель-фосфорними покриттями, отриманими хімічним осадженням. Результати розрахунку діагностичних властивостей покриттів по моделі "концентраційної хвилі" обговорюються в порівнянні з відповідними експериментальними даними.

Анотація наукової статті за технологіями матеріалів, автор наукової роботи - Іванов В. В., Щербаков І. Н., Іванов А. В., Башкіров О. М.


Область наук:
  • технології матеріалів
  • Рік видавництва: 2005
    Журнал: Известия вищих навчальних закладів. Північно-Кавказький регіон. Технічні науки

    Наукова стаття на тему 'Аналіз синергічного ефекту в композиційних нікель-фосфорних покриттях'

    Текст наукової роботи на тему «Аналіз синергічного ефекту в композиційних нікель-фосфорних покриттях»

    ?УДК 669.018: 548.1

    АНАЛІЗ синергічного ефекту В КОМПОЗИЦІЙНИХ НИКЕЛЬ-фосфорна покриття

    © 2005 р В.В. Іванов, І.М. Щербаков, А.В. Іванов, О.М. Башкіров

    Відповідно до розробленої в [1] моделлю «концентраційної хвилі» основні властивості антифрикційних і зносостійких композиційних покриттів (КП) в двокомпонентному наближенні (тобто композиція: «тверда (тв) + мастильна (см)») можуть бути представлені таким чином :

    - швидкість лінійного зносу

    1л = а <1л, тв>+ (1 - а) <л, см> +

    + Так (</ Л, тв > - </ Л, см>), (1)

    - коефіцієнт тертя

    / = А </ та> + (1 - а) </ Див> -

    - Так (</ Л, та> - </ Л, Див>). (2)

    Тут а = АТВ і (1 - а) = АСМ - об'ємні частки твердої і мастильної компонент КП відповідно, Да = 4 (1 - а) А2 (1 - к (1 + кн)) - відносна величина синергічного ефекту, до - розмірний параметр, що характеризує ступінь дисперсності фаз твердої компоненти КП і представляє собою співвідношення між середнім розміром мікрочастинок твердих фаз в поверхневому шарі ДТА і товщиною цього шару Дх, що складається майже повністю з фаз мастильної компоненти КП (тобто к = ДТА / (Дх + ДТА ), 0,5 < до < 1); кн - ступінь наноструктурних твердої компоненти КП, що характеризує об'ємну частку наноструктурних фрагментів твердих фаз в поверхневому шарі Дх з певною (сферичної або циліндричної) формою (ГТВ = Дх при к = 0,5;

    0 < кн < 1) [1].

    Головна проблема розрахунку властивостей КП з урахуванням можливого синергічного ефекту за формулами (1) і (2) полягає в труднощі визначення об'ємних часток і усереднених значень величин швидкостей лінійного зносу (</ Л, та > і </ Л, см>) І коефіцієнтів тертя (</ в> і </ см>) Для компонентів покриття. Інформація про кількісний та якісний фазовому складі КП при трибологічних впливі може бути тільки наближеною з наступних причин. При терті на поверхні КП можуть протікати наступні процеси:

    а) хімічне модифікування, що супроводжується утворенням нових фаз і впливає як на якісний, так і на кількісний фазовий склад;

    б) диспергування частинок поверхневих фаз і перехід їх в високодисперсне стан, що утрудняє експериментальний фазовий аналіз;

    в) перерозподіл хімічних компонентів системи, що приводить до виникнення локальних градієнтних полів концентрації окремих фаз.

    У зв'язку з цим аналітичний спосіб вирішення фазової проблеми є більш прийнятним для отримання даних, необхідних для прогнозування діагностичних властивостей КП відповідно до формулами (1) і (2).

    Фазовий склад КП визначається технологією його отримання. Нікель-фосфорні КП отримували шляхом спільного хімічного осадження нікель і фосфоровмісних компонентів з робочого розчину при певній температурі (90 ° С) в середовищі з рН = = 5 ± 0,5 і наступної термообробки покриття при 360 ° С протягом 1 год [2 ]. Склад робочого водного розчину відповідав складу стандартного розчину для хімічного нікелювання з компонентами №С12 6Н20 (30 г / л), МаН2Р02 Н20 (10 г / л), СН3С00№ Н20 (10 г / л) і полівініловим спиртом (0,5 г / л) в якості стабілізуючої добавки. Для отримання КП в робочий розчин додавали високодисперсний БМ (2 г / л) або / і суспензію політетрафторетилену 4 МД (ПТФЕ, 5 мл / л) [2].

    Після термообробки в покриттях виявлено фази твердої компоненти КП N1 і №3Р і відповідні додатково введені фази мастильної компоненти БМ і / або ПТФЕ [2]. Після виходу на стаціонарний режим в умовах сухого тертя при питомому навантаженні 1 МПа (швидкість тертя V = = 0,048 м / с) в поверхневих шарах всіх КП виявлені фосфорсодержащие фази №12Р5 і №2Р, а для нікель-фосфорних покриттів, допійованих нітридом бору, виявлена ​​фаза № Б [2] (табл. 1).

    Можливі процеси хімічного модифікування, які могли б привести до утворення виявлених фаз:

    №3б ^ №2Б + N1 ^ М1Б + 2№; (3)

    5№3Р ^ №12Р5 + 3М ^ ^ 2№5Р2 + №2Р + 3М ^ 3№2Р + 4№; (4)

    6№3Р ^ №12Р5 + №2Р + 5№; (5)

    6М + 4БМ ^ 2№3Б + N + 2БМ ^ ^ 3№2Б + 1,5М2 + БМ ^ 6№Б + 2М2.

    Відзначимо, що ланцюжок переходів (3) супроводжується видаленням частини атомів N1 з кристалічної решітки №3Р (а потім і N12?) І деформаційної перебудови N1-сіток і В-шарів (в №3Р) або тільки В-шарів (в №2Р) [2]. Перші переходи в ланцюжках (4) і (5) можуть бути результатом підвищеної дифузії фосфору під дією локальних градієнтів температури і тиску з областей фаз з меншою його концентрацією по досить розгалуженої мережі міжфазних кордонів. Зокрема, при переході 5№3Р ^ ^ №12Р5 + 3№ зміна кристалічної структури №3Р обмежується лише появою додаткової підґратки для фосфору в №12Р5 [2]. Решта хімічні перетворення протікають, мабуть, з великими енергетичними затратами, що тільки сприяє процесу дисипації енергії у відповідних покриттях.

    Облік складу робочого розчину для нанесення покриттів, можливого механізму спільного осадження нікель і фосфоровмісних частинок, варіантів захоплення ними мікрочастинок BN і ПТФЕ при утворенні КП, а також можливих процесів хімічного модифікування при терті дозволив оцінити ймовірний якісний і кількісний фазовий склад твердої і мастильної компонент і величину а (табл. 1).

    За заданим значенням швидкостей лінійного зносу в режимі сухого тертя для фаз твердої компоненти N1 і №3Р (= 6 мкм / год), № В (= 4 мкм / год) і фаз мастильної компоненти №12Р5 і №2Р (= 7,5 мкм / ч),

    Фазовий склад і концентрація компонентів до

    BN (= 9,5 мкм / год) і ПТФЕ (= 38 мкм / год) за допомогою формули (1) розраховані 1л (при к = 0,5 і кн = 0). Отримані результати розрахунку задовільно узгоджуються з відповідними експериментальними даними [2] (табл. 2).

    Відповідний облік усереднених значень коефіцієнта </> в режимі сухого тертя для фаз твердої компоненти КП N1 і №3Р (= 0,30), № В (= 0,31) і фаз мастильної компоненти КП №12Р5 і №2Р (= 0,05), BN (= 0, 04) і ПТФЕ (= 0,04) за допомогою формули (2) розраховані / (теж при к = 0,5 і кн = 0). Встановлено їх задовільний відповідність експериментальним даним [2] (табл. 3).

    Таким чином, модель «концентраційної хвилі» з параметрами к = 0,5 і кн = 0 дозволяє задовільно інтерпретувати експериментальні дані по швидкості лінійного зносу 1лінія і коефіцієнту тертя / композиційних №-Р-покриттів. При збільшенні розмірного фактора до або при відхиленні параметра наноструктурних кн від нуля виникає істотна розбіжність між експериментальними і розрахунковими даними. В рамках даної моделі це означає високу дисперсність мікрочастинок фаз твердої компоненти КП, а саме, 10 нм < ГТВ = = Ах < 100 нм. Одночасно це вказує на низьку частку наноструктурних фрагментів сферичної або циліндричної форми, які могли б підсилити дію мастильної компоненти КП.

    Таблиця 1

    [Позиційних нікель-фосфорних покриттів

    Покриття Компонента КМ Фазовий склад Масова частка,% Об'ємна частка,% а

    Ni-P тверда Ni, Ni3P 92,4 91,9 0,92

    мастильна Ni12P5, Ni2P 7,6 8,1 0,08

    тверда Ni, Ni3P 91,0 85,1 0,85

    Ni-P (ПТФЕ) Ni12P5, Ni2P, 7,5 7,5 0,15

    ПТФЕ 1,5 7,4

    Ni-P (BN) тверда Ni, Ni3P, NiB 90,6 1,0 88,9 1,1 0,90

    Ni12P5, Ni2P, 7,5 7,4 0,10

    BN 0,9 2,6

    тверда Ni, Ni3P, NiB 89,1 1,0 82,2 1,0 0,83

    Ni-P (BN, ПТФЕ) Ni12P5, Ni2P, 7,5 7,4

    мастильна BN, ПТФЕ 1,0 1,5 2,1 7,3 0,17

    Таблиця 2

    Знос композиційних нікель фосфорних покриттів

    Покриття Так, відносна. од. Швидкість вагового зносу КП </>експ, мг / год Швидкість лінійного зносу КП

    <1л>експ, мкм / год <1л>расч, мкм / год

    Ni-P 0,13 3,19 5,94 5,93

    Ni-P (ПТФЕ) 0,20 2,56 4,80 5,00

    Ni-P (BN) 0,16 1,92 3,66 3,70

    Ni-P (BN, ПТФЕ) 0,23 1,46 2,80 2,82

    Таблиця 3

    Антифрикційні властивості композиційних нікель-фосфорних покриттів

    Покриття Так, відносна. од. Коефіцієнт тертя КП

    <>експер <>розр

    Ni-P 0,13 0,250 0,247

    Ni-P (Ф п) 0,20 0,175 0,198

    Ni-P (BN) 0,16 0,235 0,240

    Ni-P (BN, Ф п) 0,23 0,180 0,202

    Розроблена в [1] модель синергічного ефекту може бути використана для прогнозування

    оптимального фазового складу КП з необхідними антифрикційними і зносостійкими властивостями.

    література

    1. Кутьков А.А. Зносостійкі антифрикційні покриття. М., 1976.

    2. Щербаков І.М. Розробка композиційного нікель-фосфорного покриття, модифікованого нітридом бору і політетрафторетіленом: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. Новочеркаськ, 2003.

    Південно-Російський державний технічний університет (Новочеркаський політехнічний інститут);

    ФГУП ОКТБ «Оріон» 27січня 2005 р.

    УДК 621.89

    ФОРМУВАННЯ СИСТЕМИ З знижений знос і тертя ЗА РАХУНОК присадок на основі епоксидних

    Діанова олигомере

    © 2005 р.

    П.Н. Козаченко

    Мінімізація тертя і зносу є одним з головних факторів у підвищенні надійності та довговічності машин, механізмів і їх окремих вузлів. Перспективним напрямком для вирішення даної проблеми є створення нових антифрикційних матеріалів і типів мастил. Основними функціональними показниками останніх є їх антифрикційні, протизносні і протизадирні властивості, які визначаються не тільки базовою основою мастильного матеріалу, але і складом вводяться присадок. При певних режимах і складі мастильного матеріалу три-босопряженіе може працювати практично без зносу.

    При вивченні явища виборчого перенесення або «ефекту безизносності» встановлена ​​позитивна роль формується при терті полімерної плівки, міцно пов'язаної з поверхнею металу [1-3]. Найчастіше вона утворюється за рахунок трібополімерізаціі продуктів деструкції компонентів мастила. У ряді випадків її формують введенням до складу диспергированного високомолекулярного з'єднання з високими антифрикційними показниками. Інший шлях - введення полімерформірующіх присадок.

    Раніше автором вивчалася роль мономерів вінілового роду як вищевказаних присадок, а також ініціаторів і інгібіторів полімеризації [4-8]. У даній роботі в якості присадки була використана Діанова смола (ДС) на основі 2,2-біс- (і-оксифеніл) пропану:

    - CHJU

    O

    C

    I

    сі,

    Випробування проводилися на машині торцевого тертя. Деталі трибосопряжений виконані зі сталі - 45. Навантаження ступеневу, швидкість ковзання - 0,8 м / с. Зразки оброблялися до Яа = 0,20 - 0,30 мкм, очищалися діетиловим ефіром і ацетоном. В якості базового використовувалося масло, що не містять антифрикційних і протизносних присадок. Фіксувався коефіцієнт тертя і максимальне навантаження, вище якої не реалізується стійкий режим тертя. При проведенні дослідження присадки додавалися в базове масло (основа) в процесі роботи установки при стабілізації значень коефіцієнта тертя або безпосередньо перед проведенням експерименту.

    Цікавим було оцінити і вплив присутності затверджувача Діановій смоли, в якості якого використовувався поліетиленполіамін (ПЕПА). Його маса становила 10% від маси ДС. Результати представлені у вигляді діаграми на рис. 1.

    Як показують дані випробувань, Діанова смола - ефективна антифрикционная присадка. Введення всього 0,001 масової частки ДС знижує значення коефіцієнта тертя в 2 рази, а 0,005 - в 10. Дослідження поверхонь пар трибосопряжений чітко свідчить про наявність полімерної плівки, яка є продуктом трібополімері-заційного або трібоконденсаціонних процесів самого олигомера або його деструктивних похідних.

    -O- си CH2O

    I

    OH


    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити