Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,916

ПОИСК ЭФФЕКТИВНЫХ МОДИФИКАТОРОВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ NI-P ПОКРЫТИЙ С АНТИФРИКЦИОННЫМИ СВОЙСТВАМИ

Дерлугян П.Д. 1 Иванов В.В. 1 Иванова И.В. 2 Логинов В.Т. 1 Шишка В.Г. 2 Щербаков И.Н. 1
1 ФГУП ОКТБ «ОРИОН», Южно-Российский государственный технический университет
2 ФГУП ОКТБ «ОРИОН»
Обсуждается возможность поиска эффективных модификаторов для получения композиционных Ni-P покрытий с антифрикционными свойствами. Проанализирована эффективность ультрадисперсных оксидов со структурами корунда и рутила, углерода и нитрида бора с алмазоподобными структурами, металлов со структурами типа вольфрама и магния.
структурно-фазовая разупорядоченность
наноструктуры
композиционные покрытия
наноалмаз
трибологические свойства
1. Кутьков А.А. Износостойкие и антифрикционные покрытия. – М: Машиностроение, 1976 – 152 с.
2. Иванов В.В. Комбинаторное моделирование вероятных структур неорганических веществ. – Ростов н/Д: Изд-во СКНЦ ВШ, 2003. – 204 с.
3. Иванов В.В., Щербаков И.Н. Моделирование композиционных никель-фосфорных покрытий с антифрикционными свойствами. – Ростов н/Д: Изд-во журн. «Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион», 2006. – 112 с.
4. Щербаков И.Н., Иванов В.В., Логинов В.Т., Дерлугян П.Д., Трофимов Г.Е., Дерлугян Ф.П. Химическое наноконструирование композиционных материалов и покрытий с антифрикционными свойствами. – Ростов н/Д: Изд-во журн. «Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки», 2011. – 152 с.
5. Урусов В.С. Теоретическая кристаллохимия. – М.: Изд-во МГУ, 1987. – 276 с.
6. Уэллс А. Структурная неорганическая химия. В 3-х томах. – М.: Мир, 1987/88. Т.1. – 408 с.; Т.2. 696 с.; Т.3. 564с.
7. Иванов В.В. // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. Спецвыпуск. Проблемы трибоэлектрохимии. – 2005. – С.128-130.
8. Беспалова Ж.И., Иванов В.В., Смирницкая И.В., Фесенко Л.Н., Кудрявцев Ю.Д. // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Естеств. науки. – 2008. Спецвыпуск: Проблемы электрохимии и экологии. – С. 52-56.
9. Bespalova Zh.I., Ivanov V.V., Smirnitskaya I.V., Fesenko L.N., Kudryavtsev Yu.D // Russian Journal of Applied Chemistry. – 2010. Т.83. – № 2. – С.242-246. 
10. Ivanov V.V., Bespalova Zh.I., Smirnitskaya I.V., Lipkin M.S., Kudryavtsev Yu.D // Russian Journal of Applied Chemistry. – 2010. Т.83. № 5. – С.831-834. 
11. Иванов В.В. // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки, 2001. – №3. – С.60-61. 
12. Иванов В.В., Логинов В.Т., Башкиров О.М., Щербаков И.Н., Данюшина Г.А., Докукин И.И. // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки, 2003. – №2. – С. 105-107.
13. Иванов В.В., Логинов В.Т., Башкиров О.М. Щербаков И.Н., Марченко С.И. // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки, 2003. – №3. – С.54-55.
14. Иванов В.В., Щербаков И.Н. // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки, 2006. – Приложение №2. – С.117-119.
15. Иванов В.В., Щербаков И.Н. // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2010. – № 3. – С.73-77.
16. Иванов В.В., Иванов А.В., Щербаков И.Н., Башкиров О.М. // Изв. вузов. Сев-Кавк. регион. Техн. науки. – 2005. – №3. – С.46-49.

Химическое модифицирование состава композиционных покрытий (КП) и поверхности трения – один из перспективных способов защиты изделий от коррозионно-механического изнашивания [1-4]. Известно, что при получении КП на основе Ni-P покрытий используют различные модифицирующие добавки, которые приводят к образованию покрытий систем Ni – модификатор – P [3, 4]. Роль модификатора обычно выполняют ультрадисперсные материалы, которые должны обеспечить присутствие в КП фаз с антифрикционными свойствами и существенно улучшить трибологические характеристики поверхности. В результате возможных химических и физико-химических процессов в КП при его формировании и при трибоконтакте поверхности покрытия с сопряженной поверхностью узла трения необходимо, чтобы были в наличии определенные фазы, характеризующие твердую и смазочную компоненты покрытия [4]. В этом случае введение модификаторов, удовлетворяющих данным условиям, должно привести к улучшению свойств поверхности КП по сравнению со свойствами Ni-P покрытия без модификатора и обеспечить коррозионную и механическую защиту изделия в узлах трения.

Для получения эффективных композиционных Ni-P покрытий (КНФП) используют, в частности, дисперсные материалы в виде простых оксидов состава Me2O3 (Me – Al, Cr) со структурой типа корунда, MeO2 (Me – Ti, Zr, Ce) со структурой типа рутила или ультрадисперсные металлические порошки: Me – Cr, Mo, W, V, Ta с кубической структурой типа вольфрама, Me – Ti, Zr с гексагональной структурой типа магния [5, 6]. Результаты моделирования фазово-разупорядоченного состояния поверхности некоторых КНФП в процессе трения получены в соответствии с методиками [2, 4, 7-10] и приведены в [7, 11-15]. Результаты моделирования свойств поверхности этих КНФП представлены в [16-23]. Трибологические свойства поверхности КНФП при трении с поверхностью стали марки Ст45 оценивали в соответствии с моделью «концентрационной волны» [3, 4, 21].

При трении для всех дисперсных материалов предполагались процессы деагрегации микрочастиц и их частичная диспергация до образования наночастиц. В частности, для КНФП, модифицированного наноалмазом, предполагалось, что в процессе трения происходит разрушение агрегатов углеродсодержащих наночастиц, «графитизация» их поверхностных оболочек и образование, в частности, «ядер» в виде фуллереноподобных наноструктур (в том числе и малых фуллеренов) диаметром до 0,7 нм [24]. Для КНФП, модифицированного BN, неметаллические компоненты композиции окисляют металл композиции с образованием ультрадисперсных фаз соответствующих низкобористых соединений [2–4].

Результаты исследований по моделированию двумерных наноструктур [4, 25-29] и поверхностных фрактальных структур [4, 30-41] послужили в качестве банка аппроксимантов для идентификации вероятных распределений фаз и нанообъектов по поверхности покрытия и для оценки вклада конфигураций межфазных границ в эффект синергизма трибологических свойств.

На диаграмме «коэффициент трения – скорость линейного износа» (рис. 1) представлены результаты расчета свойств покрытий для условий трения без жидкого смазочного материала. Установлено, что использование для получения КНФП модифицирующих добавок в виде высокодисперсных порошков оксидов переходных металлов со структурами корунда и рутила может привести к существенному улучшению износостойкости (примерно на 20 %) и незначительному снижению коэффициента трения поверхности Ni-P покрытий (рис. 1). Эффект улучшения трибологических свойств в этом случае даже несколько выше, чем при использовании в качестве модификаторов твердых смазочных материалов со слоистыми структурами (MoS2 и C (гексагональный графит)). Однако по износостойкости эффект улучшения несколько ниже, чем для КНФП с модифицирующей добавкой в виде ультрадисперсного a-BN (см. рис. 1).

der1.tif

Рис. 1. Диаграмма fтр – Iл для КНФП с различными модификаторами без политетрафторэтилена (ПТФЭ) (а) и с добавлением ПТФЭ (б, в). Свойства рассчитаны в соответствии с методикой [2] для условий трения без жидкого смазочного материала: величина удельной нагрузки Р = 1 МПа, скорость трения 0,048 м/с, сопряженная поверхность – сталь Ст45

При совместном введении модификаторов политетрафторэтилена (ПТФЭ) и оксидов металлов коэффициент трения КНФП существенно снижается (на 20–40 % по сравнению с аналогичным показателем для Ni-P покрытий, в зависимости от концентрации ПТФЭ). В этом случае по эффективности модифицирования поверхности покрытия ультрадисперсные оксиды переходных металлов с указанными структурами, BN с алмазоподобной структурой и наноалмаз (НА) занимают промежуточное положения между твердыми смазочными материалами со слоистыми структурами и ультрадисперсным a-BN. (рис. 1 и 2). Установлено, что при использовании всех видов модификаторов значения износофрикционности (Iл f) КНФП закономерно уменьшаются по мере увеличения объемной концентрации a фаз смазочной компоненты композиционных покрытий [4] (рис. 2).

Таким образом, предложены количественные критерии выбора ультрадисперсных материалов, которые могут быть использованы как модификаторы для получения антифрикционных КНФП на основе Ni-P покрытий. В соответствии с критериями проанализирована возможность использования в качестве модифицирующих добавок оксидов металлов со структурами корунда и рутила, соответствующих металлических порошков и ПТФЭ, а также наноалмаза и ультрадисперсного нитрида бора с добавлением ПТФЭ. Сравнительным анализом трибологических свойств указанных выше КНФП, рассчитанных в соответствии с синергической моделью «концентрационной волны», и аналогичными данными для КНФП с модификаторами типа MoS2 и C (графит) установлена их потенциальная эффективность для повышения износостойкости и антифрикционности Ni-P покрытий.

der2.tif

Рис. 2. Диаграмма (Iл fтр) – a для КНФП с различными модификаторами

Эта эффективность косвенно подтверждается, в частности, результатами трибологических испытаний твердосмазочных антифрикционных покрытий, полученных с использованием ультрадисперсного оксида алюминия [42] и наночастиц алмаза [43].


Библиографическая ссылка

Дерлугян П.Д., Иванов В.В., Иванова И.В., Логинов В.Т., Шишка В.Г., Щербаков И.Н. ПОИСК ЭФФЕКТИВНЫХ МОДИФИКАТОРОВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ NI-P ПОКРЫТИЙ С АНТИФРИКЦИОННЫМИ СВОЙСТВАМИ // Современные наукоемкие технологии. – 2013. – № 5. – С. 21-24;
URL: http://www.top-technologies.ru/ru/article/view?id=31793 (дата обращения: 08.07.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074