розділ 2.3) технологія нанесення покриттів значно впливає на характеристики
твердості та структуру, а також на зносостійкість (табл. 5.2).
Проведені дослідження показали, що значний внесок в зносостійкість матеріалу
вкладає не тільки пластична взаємодія, масопереніс, насичення поверхні тертя
киснем та сталість вторинних структур, а також когезійна міцність зчеплення
ламелей в покритті при терті.
Знос визначається як процес періодичного накопичення та розрядки напруги в
поверхневих шарах тертя. На перших етапах тертя відбувається активізація
поверхневих шарів, перехід в нерівноважний, нестійкий стан.
Подальший перехід в рівноважний стан відбувається в процесі пасивації за
рахунок одного з трьох механізмів:
взаємодії з активними елементами середовища тертя;
• взаємодія з матеріалом контртіла;
• внутрішня перебудова структури поверхневого шару
На наш погляд найбільш дійовим механізмом пасивації хромових газотермічних
покриттів є внутрішня перебудова структури поверхневого шару як найбільш
енергетично затратний.
Таблиця 5.2
Характеристики зносостійкості покриттів сплаву хрому партії N705 (Cr–Ni–Al–Fe)
залежно від технології отримання в режимі граничного тертя при v =14 м/с, Р =1
МПа, шлях тертя – 2000 км., Т = 473 К при твердості чавуну 3,0–3,5 ГПа
Метод нанесення покриття
Знос, мкм
Мікротвердість, ГПа
Вміст кисню
на поверхні, %
Пок-риття
Ча-вун
вихідна
після
тертя
вихід-на
після
тертя
Газополуменевий*
26
11
37
3,5–4,5
7,5–8,4
~12,0
~26,0
Електродуговий*
40
10
55
4,2–5,2
8,0–9,5
~12,0
~25,0
Плазма в динаміч-ному вакуумі
39
48
4,0–5,0
8,0–9,5
~6,0
~24,0
Плазма, азот
68
23
91
4,5–6,1
8,0–9,5
~11,0
~25,0
Плазма, водень
38
12
50
4,2–5,2
8,0–9,5
~12,0
~25,0
Плазма, пропан-бутан
42
28
70
4,5–5,6
8,0–9,5
~12,0
~25,0
Повітряно-газова надзвукова плазма
70
30
120
6,0–8,0
9,0–10,0
~13,0
~26.0
Детонація
60
50
110
7,0–9,0
9,0–11
~16,0
~26,0
* вихідний матеріал сплав ВХ-2К пруток діаметром 3 мм
В процесі тертя в поверхневих шарах з’являється фрагментована структура
розміром 0,3-0,5 мкм. Процесу пасивації при терті також сприяє кисень. Його
кількість в поверхневих шарах збільшується з 6-12 до 23-25 % який зосереджений
в тонкому шарі глибиною 0,5-3,0 мкм. Проте появу нових хімічних сполук у даному
випадку не зафіксовано. Це підтверджується ідентичністю фазового складу
зразків, отриманих напилюванням у динамічному вакуумі. У даному випадку як у
вихідному стані, так і після тертя в покритті фіксується тільки хром. Все це
вказує на те, що в поверхневих шарах хромових газотермічних покриттів виникають
вторинні структури І типу які найбільш оптимальні при терті. Поява подібних
структур позитивно впливає на процес пристосованості матеріалу до тертя. Це
також підтверджується кривими стабілізації сили тертя газотермічних покриттів
на основі хрому в перші хвилини тертя залежно від температур іспиту (рис.
5.8).
Час стабілізації сили тертя для газотермічних покриттів на основі хрому
знаходиться на рівні 5 хвилин і з підвищення температури незначно зменшується.
В процесі тертя також відбувається масоперенесення матеріалу контртіла (залізо)
на поверхню хромового покриття і утворення областей з низькою мікротвердістю та
високою в’язкістю. Такі області є акумуляторами енергії при терті. Чим
ефективніше діють вищезгадані процеси тим повільніше відбувається процес
кінцевої перебудови матеріалу (виникнення тріщин та руйнування поверхневих
шарів) - поява нових областей вихідного матеріалу.
Вторинні структури є головним об’єктом руйнування в пружно-пластичній зоні
товщина якої в межах 10-100 нм. Більш розширена пружна зона (~ 100 мкм) яка
акумулює теплову енергію що виділяється при терті. Б.І. Костецьким встановлено,
що головна робота тертя перетворюється в теп-
лову і тільки мала частка (~ 1 %) концентрується в тонкому поверхневому шарі
[152]. Поява вторинних структур є процесом структурно-енергетичного
пристосування, тобто першою стадією самоорганізації. В цей час також
відбувається саморегулювання оптимальної шаруватості поверхонь тертя незалежно
від рівня вихідної, так звана експлуатаційна шаруватість.
Матричний матеріал хромового газополуменевого покриття має найбільший запас
пластичності і найменший вплив на матеріал контртіла через мале розходження у
твердості між ними (таблиця 5.2). Він виявився найбільше працездатним при
тривалих режимах роботи в умовах граничного тертя. Підвищення твердості
хромових покриттів в умовах наявності мастила призводить до зростання зносу
чавуну.
Проведені дослідження визначили вклад структури у зносостійкість хромових
газотермічних покриттів. На наш погляд основний внесок у цю залежність вносить
довжина меж (розмір структурної складової) на яких в першу чергу проходить
накопичення дефектів та утворення тріщин. Незважаючи на підвищення когезійної
міцності зчеплення складових покриття поміж собою і з підкладкою при одержанні
їх детонаційним методом та повітряно-газовою надзвуковою плазмою, відбувається
різке зростання довжини меж, а незначний запас пластичності ламелей призводить
до швидкого накопичення мікротріщин в найбільш дефектних міста структури –
межах. Все це знижує когезійну міцність складових покриття, що полегшує відрив
таких частинок, і як наслідок, різкий знос даних покриттів (табл. 5.2).
Дослідження поверхневих шарів тертя хромових газотермічних покриттів дозволило
встановити, що незалежно від вихідного вмісту кисню (6–12 % по масі, дані
Оже-спектрометрії) в умовах фрикційного контакту його рівень досягає в них
23–26 %. Цілком ймовірно, кисень в процесі тертя розчиняєт