УДК 621.892

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ВИБРАЦИОННОГО МЕТОДА

 ФОРМИРОВАНИЯ МЕХАНОХИМИЧЕСКОГО ТВЕРДОСМАЗОЧНОГО ПОКРЫТИЯ НА ПРИМЕРЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДИСУЛЬФИДА

МОЛИБДЕНА

 

APPLICATION PROCESS VIBRATING METHOD FORMATION MECHANOCHEMICAL SOLID LUBRICATING COATING THE EXAMPLE OF USE DISULFIDE MOLYBDENUM

 

Савинов Д.Н. (Брянский государственный технический университет, г.Брянск, РФ)

Savinov D.N. (Bryansk State Technical University, Bryansk, the Russia)

 

В условиях, когда традиционные материалы для смазки не эффективны, работоспособность триботехнических систем обеспечивается нанесением на их поверхности соприкосновения покрытий на основе мягких металлов, полимеров, твёрдых смазочных материалов, а также различных композиционных составов, получивших общее название твердосмазочные покрытия. Однако, с развитием современной техники появилась потребность в улучшении защиты узлов трения от износа.

In circumstances where conventional materials are not effective for lubrication, systems tribological performance is ensured by applying to the surface contact based on soft coatings on metals, polymers, solid lubricants, as well as various composite structures, collectively referred to the solid lubricating coating. However, with the development of modern technology there was a need to improve the protection against wear of friction units.

 

Ключевые слова: твердосмазочные покрытия, вибрация, дисульфид молибдена, износостойкость

Keywords: solid lubricating coating, vibration, disulfide molybdenum, wear resistance

 

В настоящее время, с внедрением новых технологий в процесс создания машин и оборудования и работы этих систем в условиях масляного голодания потребовалась разработка более современных технологических процессов, которые обеспечивают высокие качество и эксплуатационные свойства выпускаемых изделий [3-7]. Важным условием для решения поставленных задач является модернизация и прогрессирование финишной обработки, особенно, нанесение покрытий. Одним из таких способов был предложен метод комбинирования двух процессов: механического (использование колебаний) и химического [2].

Вибрационная технология обеспечивает изменение внутренних свойств поверхностного слоя обрабатываемой детали, а также характеризуется высокой скоростью процесса. В качестве основного метода нанесения механохимического покрытия, на сегодняшний день получило применение комбинация вибрационной природы и твердосмазочного покрытия (ТСП) на основе дисульфида молибдена MоS2).

К ТСП относятся вещества, наносимые на поверхность деталей в виде пленок, имеющие сдвиговую прочность значительно меньшую, чем у материала детали. Иными словами, эти вещества должны обеспечить положительный градиент сдвиговой прочности в направлении внутренней нормали к границе твердой поверхности: dt/dn>0.

Уникальные свойства ТСП типа дисульфид молибдена (MoS2) и не менее уникальные свойства вибрационной механохимии, создают предпосылки для повышения износостойкости ответственных деталей, входящих в пары трения различных изделий. Дисульфид молибдена обладает слоистой структурой, в которой есть «прочные» и «плотные» слои, в достаточно большой степени удаленные друг от друга. При этом в слое, покрывающем поверхность трения имеются сильные связи, тогда как связь между слоями слабая. Такие свойства ТСП обеспечивают «лёгкое» скольжение трущихся поверхностей относительно друг друга, существенное снижение коэффициента трения и изнашивания пары трения. MoS2 имеет гексагональную решетку, которая похожа на призматический шестигранник (рисунок 1). Такое построение кристалла дает важное преимущество для смазочных материалов- высокие адгезионные свойства.

Рисунок 1- Кристаллическая решетка дисульфида молибдена

 

В качестве оборудования применялась установка УВГ 4-10, у которой частота колебаний находилась в интервале 15-33 Гц. При этом, для обеспечения равномерного нанесения гранул на поверхность в объем камеры были добавлены рабочая среда в виде стальных шаров диаметром до 4 мм, а также дисперсный MoS2 марки МВЧ-1. Опытные данные показали, что при комбинировании механического и химического воздействия на восстановляемую поверхность произошло значительное повышение износостойкости до 20 раз в зависимости от загруженности узла. Отметим и то, что имеет место взаимодействие частиц MоS2 и металлической поверхности за счет сил Ван-дер-Ваальса, а также механическое внедрение в результате влияния рабочей среды.

На основе полученных результатов испытаний были установлены следующие закономерности формирования модели вибрационных механохимических покрытий (рисунок 2):

1) В момент приложения внешней нагрузки, благодаря силе взаимодействия шара и поверхности материала, происходит не только упругая, но и пластическая деформация в зоне их взаимодействия. За счет сближения наносимого покрытия с деталью происходит адсорбции частиц на поверхности металла (рисунок 2,а).

2) Активация поверхности осуществляется в результате пластической деформации и увеличения плотности дислокаций в микроструктуре, разрушения окислов, образованных на поверхности, а также увеличения площади контакта (рисунок 2,а).

Рисунок 2-  Модель формирования вибрационного механохимического покрытия на основе дисульфида молибдена

 

3) Образование граничного слоя осуществляется вследствие размельчения кристаллов МоS2, разрушения ими оксидных пленок во впадинах микрорельефа, внедрения частиц порошка и адсорбция их к поверхностным слоям активизирующего металла (рисунок 2, б).

4) Появление смазочного покрытия характеризуется размельчением кристалликов дисульфида молибдена, слиянием их друг с другом и образованием однородной структуры (рисунок 2, в).

5) В результате скольжения включений рабочей среды (стальных шариков) относительно образовавшегося покрытия частицы МоS2 ориентируются базовыми плоскостями, параллельными рабочей поверхности трения (рисунок 2, в) [1].

Вывод: Приведенные данные свидетельствуют о целесообразности использования в условиях недостаточности сведений о режимах работы узлов трения новых триботехнических материалов и технологий упрочняющей обработки, особенно, это касается нанесения твердосмазочных покрытий вибрационными методами. Соответственно широк и многообразен диапазон дальнейших изысканий эффективного применения колебаний в комбинации с ТСП, требующих дальнейших исследований.

Список используемой литературы

1.  Бабичев А.П., Бабичев И.А. Основы вибрационной технологии. Изд.2е, перераб. и доп. – Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ, 2008г. – 694 с.

2.  Бабичев А.П, Шевцов С.Н. Ударно-волновые эффекты, участвующие в процессе упрочнения при динамическом ППД // Повышение качества и эффективности в машино- и приборостроении: Мат. юбил. науч.-техн. конф. с участием зарубеж. специалистов. –Н.Новгород, 1997. –  65-66 с.

3.  Евельсон Л.И., Памфилов Е.А. Оптимизация узлов трения машин с учетом неопределенности информации в исходных данных Трение и износ. 2006. Т. 27. № 2. 191-195 с.

4.  Памфилов Е.А., Пилюшина Г.А., Пыриков П.Г., Тяпин С.В. Обеспечение работоспособности соединений гидросистем технологических машин системы. методы. технологии. 2012. № 1. 33-38 с.

5.  Памфилов Е.А., Пилюшина Г.А., Прусс Б.Н., Алексеева Е.В. Новые древесно-металлические материалы для узлов трения деревообрабатывающей техники // Деревообрабатывающая промышленность. -2008. -№ 5. -24-25 с.

6.  Памфилов Е.А., Алексеева Е.В., Шевелева Е.В. Применение композиционных антифрикционных материалов для повышения работоспособности узлов скольжения деревоперерабатывающего оборудования// Качество и жизнь. 2014. №3.- С.427-432.

7.  Сутягин О.В. Научные основы инженерных методов проектирования триботехнических систем с твёрдосмазочными покрытиями: автореф. дис. на соиск. уч. ст. док. наук: 05.02.04 /; Тверской государственный технический университет. Тверь, 2015. 39 с.