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

МОДЕЛИРОВАНИЕ АНТИФРИКЦИОННЫХ СВОЙСТВ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ СИСТЕМ Ni – Me2O3 (КОРУНД) – Me – P – ФТОРОПЛАСТ

Иванов В.В. 1 Попов С.В. 1 Щербаков И.Н 1
1 Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ)
Проанализировано возможное влияние модифицирующих добавок в виде ультрадисперсных порошков простых и сложных оксидов со структурой корунда, простых веществ со структурами магния и вольфрама, а также фторопласта на трибологические свойства композиционных никель-фосфорных покрытий.
моделирование
синергическая модель свойств
композиционные Ni-P-покрытия
1. 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», 2008. – 112 с.
2. Иванов В.В. Изв.вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. Науки – 2001. – № 3. – С. 60–61.
3. Иванов В.В. Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. Спецвыпуск. Проблемы трибоэлектрохимии. – 2005. – С. 128–130.
4. Иванов В.В., Иванов А.В., Щербаков И.Н., Башкиров О.М. Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. – 2005. – № 3. – С. 46–49.
5. Иванов В.В., Щербаков И.Н., Башкиров О.М., Логинов В.Т. Изв. вузов. Сев-Кавк. регион. Техн. науки. – 2005. – № 4. – С. 42–44.
6. Иванов В.В., Иванов А.В., Балакай В.И., Арзуманова А.В. Журн. прикладной химии. – 2006. – Т. 79. – Вып.4. – С. 619–621.
7. Кукоз Ф.И., Иванов В.В., Сметанкин Г.П., Балакай И.В. Вестник Всероссийского научно-исследовательского и проектно-конструкторского института электровозостроения. – 2007. – Вып. 1 (53) – С. 92–97.
8. Иванов В.В., Кукоз Ф.И., Балакай В.И. и др. Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. – 2007. – № 5. – С. 56–58.
9. Иванов В.В., Курнакова Н.Ю., Арзуманова А.В. и др. Журн. прикладной химии. – 2008. – Т. 81. – Вып. 12. – С. 2059–2061.
10. Иванов В.В., Кукоз Ф.И., Балакай В.И., Христофориди М.П. Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. – 2008. – № 4. – С. 123–128.
11. Иванов В.В., Арзуманова А.В., Балакай И.В., Балакай В.И. Ж. прикладной химии. – 2009. – Т. 82. – Вып. 5. – С. 797–802.
12. Иванов В.В., Балакай В.И., Сметанкин Г.П., Балакай И.В. Вестник Всероссийского научно-исследовательского и проектно-конструкторского института электровозостроения. – 2009. – Вып.1 (57). – С. 32–41.
13. Балакай В. И., Иванов В.В., Сметанкин Г.П., Мурзенко К.В. Вестник Всероссийского научно-исследовательского и проектно-конструкторского института электровозостроения. – 2013. – Вып.2 (66). – С. 121–128.
14. Иванов В.В., Щербаков И.Н. Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. – 2008. – № 4. – С. 116–118.
15. Иванов В.В., Щербаков И.Н. Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. – 2010. – № 5. – С. 72–75.
16. Иванов В.В., Щербаков И.Н. Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. – 2010. – № 6. – С. 79–82.
17. Иванов В.В., Щербаков И.Н. Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. – 2011. – № 3. – С. 54–57.
18. Иванов В.В., Щербаков И.Н. Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. – 2011. – № 5. – С. 47–50.
19. Иванов В.В., Щербаков И.Н. Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. – 2011. – № 6. – С. 99–102.
20. Иванов В.В., Щербаков И.Н., Иванов А.В. Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. – 2010. – № 1. – С. 84–87.
21. Иванов В.В. Междунар. науч.-иссл. журнал = Research Journal of International Studies, 2013. – №8-1. – С. 65–66.
22. Иванов В.В. Комбинаторное моделирование вероятных структур неорганических веществ. Ростов н/Д: Изд-во СКНЦ ВШ, 2003. – 204 с.
23. Иванов В.В. Междунар. науч.-иссл. журнал = Research Journal of International Studies, 2013. – №8-1. – С.70–71.
24. Иванов В.В. Междунар. журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2013. – №10(3). – С. 493.
25. Щербаков И.Н., Иванов В.В., Логинов В.Т. и др. Химическое наноконструирование композиционных материалов и покрытий с антифрикционными свойствами. Ростов н/Д: Изд-во журн. «Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки», 2011. – 132 с.

Для получения эффективных композиционных покрытий на основе никель-фосфорных покрытий используют, в частности, дисперсные материалы в виде простых оксидов состава Me2O3 (Me – Al, Cr) со структурой типа корунда (пр. гр. R 3c (z = 3)) или ультрадисперсные металлические порошки: Me – Cr, Mo, W, V, Ta с кубической структурой типа вольфрама (пр. гр. Im3m (z = 2)), Me – Ti, Zr с гексагональной структурой типа магния (пр. гр. P63/mmc (z = 2)). и твердый смазочный материал, в частности фторопласт, который существенно улучшает антифрикционные свойства любого покрытия.

В структуре типа корунда (αAl2O3) катионы Al3+ занимают октаэдрические позиции в гексагональной плотнейшей упаковке анионов. Вдоль направления [001] гексагональной ячейки пары AlO6–октаэдров объединены в октаэдрические димеры через общие грани и укороченные расстояния типа за счет связей преимущественно ковалентного характера. Соединения структурного типа корунда относятся к октаэдрическим структурам, основанным на частичном заполнении (2/3) октаэдрических пустот в ГПУ и принадлежат к следующему ряду структурных типов: Mg (P63/mmc(z = 2)) → FeCl3 (P3112(z = 6)) → TiO2 (P42/mna(z = 2)) → αAl2O3 (R 3c(z = 3)) → NiAs (P63/mmc(z = 2)).

Результаты моделирования фазово-разупорядоченного состояния некоторых покрытий [2, 3] и свойств их поверхности при трении с поверхностью стали марки Ст45, полученные в соответствии с [1], приведены в таблице. Свойства рассчитаны по формуле P = aPтв + (1 – α) Pсм + δP (Pтв – Pсм) при идентичных условиях (α – объемная доля фаз твердой компоненты покрытия). Учет эффекта синергизма в виде δР = 4(1 – α) α2 [1 – k (1 – kн)] проводили с использованием усредненных для композиционных Ni-P-покрытий значений размерного параметра k = 0,5 и параметра наноструктурности kн = 0,05 [1, 4, 5].

Отметим, что при анализе эффекта синергизма для электролитических композиционных Ni-B-покрытий аналогичный параметр kн принимает значения в интервале от 0,05 до 0,15 [6–13]. Рассчитанные величины трибологических свойств для некоторых композиционных покрытий системы Ni – Me2O3 – Me– P– фторопласт, приведенные в таблице, согласуются с полученными ранее экспериментальными данными [14– 1].

Общая характеристика возможного фазово-разупорядоченного состояния в композиционных покрытиях систем Ni – Me2O3 – Me – P [2, 3, 22]:

Me2O3 (корунд - пр. гр. R`3c (z = 3), Ме - Al, Cr, Fe, Co, Rh, Ga; MII0,5Ti0,5, MII0,5V0,5, где MII - Mg, Mn, Fe, Co, Ni, Cd), Me Me5/31/3O4 или NiMe2O4 (дефектная gMe2O3 или нормальная шпинель - пр. гр. Fd3m (z = 8),

Me - Al, Fe, Cr), Me (структурный тип Mg - пр. гр. P63/mmc (z = 2), Me - Al, Cr, Mo, W, V, Ta),

фосфиды MeP (сфалерит - пр. гр. F`43m (z = 4), Me - Al, Ga, In),

интерметаллиды в системах Ni-Me (Ме - Al, Fe, V, Ga, Cr, Ti; в частности, Ni3Al - пр. гр. Pm3m (z = 2), NiAl - пр. гр. Pm3m (z = 4), Al3Ni2 - пр. гр. P`3m1 (z = 1), Al3Ni - пр. гр. Pnma (z = 4)).

Фазовый состав и свойства некоторых композиционных покрытий системы Ni – Me2O3 – Me– P– фторопласт

Покрытие

Компоненты и фазовый состав

α

Скорость линейного износа, Iл, мкм/ч

Коэффициент трения, f

Ni-P

(тв.) Ni, Ni3P

0,92

5,95

0,25

(см.) Ni12P5, Ni2P

Ni-P

(фторопласт)

(тв.) Ni, Ni3P

0,90

5,0

0,20

(см.) Ni12P5, Ni2P, фторопласт

Ni-P

(Al2O3, Al)

(тв.) Ni, Ni3P, Al2O3, Ni3Al, AlP

0,89 – 0,90

4,6 – 4,8

0,23

(см.) Ni12P5, Ni2P, Al3Ni2, Al3Ni, AlOOH

Ni-P

(Al2O3, Al, фторопласт)

(тв.) Ni, Ni3P, Al2O3, Ni3Al, AlP

0,85

0,75

3,8

4,1

0,20

0,17

(см.) Ni12P5, Ni2P, Al3Ni2, Al3Ni, AlOOH, фторопласт

Ni-P

(Cr2O3, Cr)

(тв.) Ni, Ni3P, Cr2O3, CrNi, Cr3P, CrP

0,89 – 0,90

4,7 – 5,0

023

(см.) Ni12P5, Ni2P, CrOOH

Ni-P

(Cr2O3, Cr, фторопласт)

(тв.) Ni, Ni3P, Cr2O3, CrNi, Cr3P, CrP

0,85

0,75

4,0

4,4

0,21

0,17

(см.) Ni12P5, Ni2P, CrOOH, фторопласт

Таким образом, в системах Ni – Me2O3 – Me – P– фторопласт возможно образование фаз, дополняющих состав твердой и смазочной компонент композиционных Ni – P – покрытий. Возможно также формирование определенных интерметаллических фаз, которые могут обусловить адгезию покрытия к защищаемой основе. Синергическая модель определения трибологических свойств композиционных покрытий может быть использована для целенаправленного поиска новых эффективных модификаторов поверхности трения [23–25].


Библиографическая ссылка

Иванов В.В., Попов С.В., Щербаков И.Н МОДЕЛИРОВАНИЕ АНТИФРИКЦИОННЫХ СВОЙСТВ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ СИСТЕМ Ni – Me2O3 (КОРУНД) – Me – P – ФТОРОПЛАСТ // Современные наукоемкие технологии. – 2014. – № 11. – С. 16-17;
URL: http://www.top-technologies.ru/ru/article/view?id=34764 (дата обращения: 06.04.2020).

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