Ультразвуковая обработка плазменных покрытий

А. В. Кораблин, Р. А. Лиджи-Горяев УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ОБРАБОТКА ПЛАЗМЕННЫХ ПОКРЫТИЙ

Механизм влияния покрытия на механические свойства основы до сих пор не ясен. Прочностные характеристики системы основа-покрытие могут как улучшаться, так и ухудшаться в зависимости от состава покрытия, метода его нанесения, толщины покрытия, условий эксплуатации, среды испытания и т. п.

В настоящее время практически отсутствуют работы по определению величины адгезионной прочности, которая является оптимальной с точки зрения прочностных характеристик системы основа-покрытие. За последние годы широкое применение в различных областях науки и техники получил ультразвук.

Целью работы является анализ характеристик плазменных покрытий, полученных с применением ультразвуковой обработки (УЗО), и определение условий использования УЗО при восстановлении деталей машин.

Ультразвук представляет собой волнообразно распространяющееся колебательное движение частиц среды. Почему же именно ультразвуковой диапазон заинтересовал ученых самых различных специальностей? Дело в том, что ультразвук имеет некоторые особенности по сравнению со звуками слышимого диапазона. В ультразвуковом диапазоне сравнительно легко получить направленное излучение; он хорошо поддается фокусировке, в результате чего повышается интенсивность ультразвуковых колебаний. Так, например, ультразвук высокой интенсивности широко используется для регулирования структуры металлических материалов при кристаллизации расплавов. Все это связано с тем, что воздействие ультразвука создает в расплаве упругие волны, являющиеся носителями активирующей энергии. Используя ультразвук, возможно формировать свойства различных покрытий деталей как в процессе их нанесения, так и после нанесения, а также возможно применение ультразвука и при предварительной обработке. Результаты использования УЗО различных поверхностей представлены в табл. 1 [1].

Т аблица 1

Триботехнические характеристики плазменных покрытий с послойной УЗО

Материал Материал Сопрягаемая Р сх И Изн №

покрытия основы пара КГ мм млн. ц

FeCrMo Сталь45 АО20, АСМ 180/360 0,6/0,2 4/6

ПГАН-9 Сталь45 БрОС-1 250/380 0,6/0,3 4/6

Анализируя данные, приведенные в табл. 1, можно отметить, что применение УЗО в послойной обработке позволяет получить высокое значение нагрузки схватывания (Рсх) и низкое значение износа (Изн).

При обработке ультразвуком плазменных покрытий развивается пластическая деформация, протекание которой отличается от протекания пластической деформации компактных материалов. Структура покрытия создается в результате высокоскоростной кристаллизации либо деформирования частиц, нагретых до температуры, близкой к температуре плавления. При ультразвуковом воздействии благодаря открытой пористости, характерной для плазменного слоя, не происходит адиабатического сжатия газа в порах и несплошностях, как это имеет место при обработке термосиловым методом.

Отметим также, что весьма перспективным направлением является обработка получаемого покрытия фуллеренами (экстракт С60-С70) с использованием метода БУФО (безабразивная ультразвуковая финишная обработка поверхностей деталей). Результаты испытаний фуллереновых покрытий представлены в табл. 2 [1].

Т аблица 2

Результаты испытаний фуллереновых покрытий

№ Образец Параметр Число циклов, тыс. Изн, мм

0 5 45 50 95 100

1 Без покрытия Коэффициент трения 0,08 0,08 0,07 0,07 0,07 0,07 - 1,0

1, 0С 20 30 39 40 40 41

2 Покрыт фуллереном БУФО Коэффициент трения 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03 - 0,4

1, 0С 20 28 31 32 37 38

3 Без фуллерена с БУФО Коэффициент трения 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 - 0,6

1, 0С 20 30 33 34 39 39

По результатам испытаний, представленных в табл. 2, отметим, что стальной образец, покрытый фуллеренами с использованием БУФО, имеет наиболее низкие коэффициент трения, температуру, износ по сравнению с другими образцами.

Заключение. Анализируя данные испытаний, полученные в лабораториях СПГУВК, а также в Сибирском отделении Академии наук, и обобщая достоинства применения ультразвука, отметим, что использование УЗО на определенных стадиях обработки поверхностей позволяет получать достойные результаты. Интересным направлением для дальнейшего изучения является обработка покрытия фуллеренами с использованием метода БУФО,

т. к. при этом происходит упрочнение поверхности, повышается усталостная прочность детали, уменьшается коэффициент трения, износ, увеличивается когезионная и адгезионная прочность.

Из вышеизложенного следует, что использование метода плазменного напыления с УЗО при восстановлении деталей машин на сегодняшний день остается актуальным и требует дальнейшего изучения.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Хмелевская В. Б., Леонтьев Л. Б., Лавров Ю. Г. Технологии восстановления и упрочнения деталей судовых механизмов и триботехнические характеристики покрытий. - СПб.: СПГУВК, 2002. - 309 с.