Влияние ультрадисперсных модификаторов на антифрикционные свойства композиционных покрытий

Размещено на http://www.allbest.ru/

Влияние ультрадисперсных модификаторов на антифрикционные свойства композиционных покрытий

И.В. Иванова, Н.В. Шишка

Акционерное общество «Особое конструкторско-

технологическое бюро «Орион»

Аннотация: Обсуждаются условия, которым должны удовлетворять модифицирующие добавки для получения эффективных композиционных Ni-P покрытий с антифрикционными свойствами, и возможности для поиска эффективных модификаторов. Проанализирована эффективность ультрадисперсных порошков оксидов со структурами корунда и рутила, углерода и нитрида бора с алмазоподобными структурами, ультрадисперсных порошков металлов со структурами типа W и Mg.

Ключевые слова: структурно-фазовая разупорядоченность, наноструктуры, композиционные покрытия, наноалмаз, антифрикционные свойства, модификаторы.

корунд рутил порошок ультрадисперсный

Химическое модифицирование поверхности трения композиционных покрытий (КП) является одним из наиболее перспективных способов защиты металлических изделий от коррозионного и механического износа [1]. В частности известно, что при получении КП на основе системы Ni - P используются различные модифицирующие добавки, приводящие к образованию на поверхности защищаемого изделия покрытий, состоящих из соединений системы Ni - модификатор - P. В роли модификаторов обычно используют ультрадисперсные твердые материалы различной природы. Необходимо, чтобы введение этих материалов в состав электролита приводило к существенному улучшению трибологических характеристик поверхности КП за счет образования в них определенных фаз, отвечающих за антифрикционные свойства.

Общие требования к вероятным эффективным модификаторам можно сформулировать следующим образом: они должны приводить к формированию характерного фазоворазупорядоченного состояния в КП, обеспечивать одновременное присутствие в модифицированном слое как износостойких фаз, так и фаз со смазывающими свойствами, обусловить формирование защитного слоя на модифицированной поверхности с высокой адгезией к нему.

В результате возможных физико-химических и химических процессов, протекающих при образовании и функционировании КП его фазовый состав и поверхность трения переходят в определенное комплексное состояние. С одной стороны это состояние динамического равновесия между некоторыми сосуществующими фазами, которые характеризуются как фазы твердой и смазочной компонент покрытия, и фазами, обеспечивающими адгезию покрытия к металлической основе защищаемого узла трения. С другой стороны - состояние вполне определенного распределения этих фаз в объеме КП, а именно: равномерное распределение по поверхности покрытия и распределение с положительным градиентом усредненной твердости фаз по толщине покрытия. Только в этом случае возможно существенное проявление синергизма антифрикционных свойств всех фазовых компонентов КП [1, 2-6]. В связи с этим использование удовлетворяющих этим условиям модификаторов должно привести к улучшению трибологических характеристик поверхности КП и снижению коррозионного и механического износа.

При выборе ультрадисперсных модификаторов, оказывающих влияние на получение КП системы Ni-модификатор-Р с улучшенными антифрикционными свойствами, могут бть использованы количественные критерии, которые были предложены в работах [1, 7-9]. Установлено, что в роли модификаторов могут применяться порошки простых оксидов Al2O3, Cr2O3 (со структурой корунда) и TiO2, ZrO2 (со структурой рутила), а также порошки металлов Ti, Zr (со структурой гексагонального магния), порошки металлов Cr, Mo, W, V, Ta (со структурой кубического вольфрама), наноалмазный порошок и ультрадисперсный нитрид бора. Для получения перспективных никельфосфорных КП помимо указанных выше дисперсных материалов применяют также твердые смазочные материалы, в частности фторопласт, дисульфид молибдена (гексагональный) и графит.

Для всех дисперсных материалов предполагается, что в процессе трения их микрочастицы разрушаются и измельчаются до образования наночастиц. В частности, для никельфосфорных покрытий, модифицированных наноалмазами, ожидается разрушение углеродных наночастиц (их графитоподобных поверхностных мембран) и формирование из них «ядер» с фуллереноподобными наноструктурами, в том числе и наноструктурами малых фуллуренов диаметром не более 0,7 нм [1]. Для никельфосфорных покрытий, модифицированных нитридом бора, металл композиции окисляется неметаллическими компонентами с образованием ультрадисперсных фаз соответствующих борсодержащих соединений. Как для вероятных наночастиц нитрида бора с фуллереноподобными оболочками, так и для углеродсодержащих фуллеренов, в частности состава Сn (где n = 18, 20, 24, 30, 36, 45, 48, 54 и 60), возможны эквивалентные симметричные и деформационные модификации. Они могут быть получены при непрерывном направленном трансформировании исходных симметричных фуллеренов указанных выше составов [10, 11].

Трибологические свойства (величина линейного износа Iл и коэффициент трения f) для КП систем Ni - модификатор - P определяли в соответствии с синергической моделью [1, 4-6]. Проведен сравнительный анализ аналогичных данных для КП с модификаторами дисульфид молибдена (гексагональный) и графит, определено их влияние, как эффективных модификаторов, существенно повышающих долговечность и износостойкость модифицированных покрытий. Это косвенно подтверждается расчетными данными и результатами соответствующих испытаний антифрикционных КП, полученных с использованием наночастиц нитрида бора, ультрадисперсного оксида алюминия и порошка из наноалмаза.

При совместном введении модификаторов фторопласта и оксидов металлов коэффициент трения КП существенно снижается (на 20 - 40% по сравнению с аналогичным показателем для покрытий без фторопласта, в зависимости от его концентрации) [12]. В этом случае по эффективности модифицирования поверхности покрытия оксиды переходных металлов с указанными структурами занимают промежуточное положения между твердыми смазочными материалами со слоистыми структурами и ультрадисперсным нитридом бора и наноалмазом. При использовании всех видов модифицирующих добавок значения износофрикционности КП (Iл и f) закономерно уменьшаются по мере увеличения объемной концентрации фаз смазочной компоненты покрытий [1, 3-5].

Таким образом, предложены качественные критерии выбора веществ, которые могут быть использованы как модифицирующие добавки в электролит для получения КП на основе Ni-P покрытий. В соответствии с критериями проанализирована возможность использования в качестве модификаторов оксидов металлов со структурами корунда и рутила с добавлением соответствующих металлических порошков и фторопласта. Сравнительным анализом трибологических свойств, рассчитанных по синергической модели «концентрационной волны», с аналогичными данными для других КП (с модификаторами типа MoS2 и C) установлена их потенциальная эффективность для повышения износостойкости и антифрикционности Ni-P покрытий.

Литература

1. Иванов В.В., Щербаков И.Н. Моделирование антифрикционных свойств композиционных покрытий с учетом вероятных конфигураций межфазных границ // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2011. № 3. С. 54-57.

2. Ivanov V.V. “Concentration waves” model for the tribologic system CM1/LL,/CM2 // International journal of experimental education. 2014. № 4. Part 2. pр.58-59.

3. Ivanov V.V. “Concentration waves” model for the tribologic system CM1/ o/CM2 // International journal of experimental education. 2014. № 4. Part 2. pр.59-60.

4. Ivanov V.V. Analysis of synergic effect in compositional coatings with taking into consideration the solid component of the counter-body and the liquid lubricant // European Journal of Natural History. 2015. № 3. рр.36-37.

5. Shcherbakov I.N., Ivanov V.V. Analysis of synergic effect in compositional Ni-P-coatings // European Journal of Natural History. 2015. № 3. p.48.

6. Щербаков И.Н. О системном подходе к разработке композиционных антифрикционных покрытий // Инженерный вестник Дона. 2013. № 1 URL: ivdon.ru/magazine/archive/n1y2013/1567/.

7. Иванов В.В., Щербаков И.Н. Анализ возможных модификаторов для получения композиционных Ni-P покрытий с антифрикционными свойствами // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки.  2011. №5. С. 47-50.

8. Дерлугян П.Д., Иванов В.В., Иванова И.В., и др. Поиск эффективных модификаторов для получения композиционных Ni-P покрытий с антифрикционными свойствами // Соврем. наукоемкие технологии. 2013. №5. С. 21-24.

9. Иванов В.В. Ультрадисперсные модификаторы для антифрикционных композиционных покрытий // Междунар. журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2013. №10. С. 493.

10. Иванов В.В. Вероятные изосимметрийные и деформационные модификации фуллерена С30 // Успехи соврем. естествознания. 2013. №7. -С. 82-84.

11. Иванов В.В. Вероятные изосимметрийные и деформационные модификации фуллерена С36 // Успехи соврем. естествознания. 2013. №.7. С.85-87.

12. Логинов В.Т., Дерлугян П.Д., Данюшина Г.А. и др. Влияние фторированных поверхностно активных веществ на физико-механические свойства никель фосфорных покрытий // Инженерный вестник Дона. 2012. № 4. Ч.2 URL: ivdon.ru/magazine/archive/n4p2y2012/1462/.

References

1. Ivanov V.V., Shcherbakov I.N. Izv. vuzov. Sev. Kavk. region. Tehn. nauki. 2011. № 3. pp. 54-57.

2. Ivanov V.V. International journal of experimental education. 2014. № 4. Part 2. pр.58-59.

3. Ivanov V.V. International journal of experimental education. 2014. № 4. Part 2. pр.59-60.

4. Ivanov V.V. European Journal of Natural History. 2015. № 3. рр.36-37.

5. Shcherbakov I.N., Ivanov V.V. European Journal of Natural History. 2015. № 3. p.48.

6. Shcherbakov I.N. Inћenernyj vestnik Dona (Rus). 2013. № 1 URL: ivdon.ru/magazine/archive/n1y2013/1567/.

7. Ivanov V.V., Shcherbakov I.N. Izv. vuzov. Sev. Kavk. region. Tehn. nauki. 2011. №5. pp. 47-50.

8. Derlugjan P.D., Ivanov V.V., Ivanova I.V., i dr. Sovrem. naukoemkie tehnologii. 2013. №5. pp. 21-24.

9. Ivanov V.V. Mezhdunar. zhurnal prikladnyh i fundamental'nyh issledovanij. 2013. №10. p. 493.

10. Ivanov V.V. Uspehi sovrem. estestvoznanija. 2013. №7. pp. 82-84.

11. Ivanov V.V. Uspehi sovrem. estestvoznanija. 2013. №.7. pp.85-87.

12. Loginov V.T., Derlugjan P.D., Danjushina G.A. i dr. Inћenernyj vestnik Dona (Rus). 2012. № 4.ch.2 URL: ivdon.ru/magazine/archive/n4p2y2012/1462/.

Размещено на Allbest.ru