Исследование температурного фактора при нанесении вибрационных механохимических покрытий

Данные коэффициенты являются достаточно высокими: коэффициенты запаса текучести и прочности после 7 проходов роликом достигают соответственно 0,69 и 0,76. Это свидетельствует о том, что обкатывание роликом даже до 7 проходов по поверхности металлического изделия из стали 30ХГСА не является разрушительной нагрузкой для изделия.

Среднее расхождение коэффициентов запаса интенсивности напряжений по пределам прочности и

текучести, рассчитанных по данным эксперимента и на основе компьютерной микроскопии, составило 5,75%. Это свидетельствует о том, что проведенные исследования по определению напряженного состояния после упрочнения поверхности обкаткой роликом подтверждают достоверность расчетов напряженно-деформированного состояния на основе компьютерной микроскопии.

Библиографический список

1. Зайдес С.А., Рудых Н.В. Разработка программного комплекса для расчета деформированного состояния изделий микроструктурным методом // Упрочняющие технологии и покрытия 2010. № 5. С. 43-45.

2. Методы компьютерной обработки изображений /под ред. В.А.Сойфера. М.: Физматлит, 2001. 784 с.

3. Смирнов-Аляев Г.А. Сопротивление материалов пластическому деформированию. 3-е изд., перераб. и доп. Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1978. 368 с.

4. Пантелеев В.Г., Егорова О.В., Клыкова Е.И. Компьютерная микроскопия. М.: Техносфера, 2005. 304 с.

5. Рудых Н.В. Оценка напряженно-деформированного

состояния упрочненного слоя металла при поверхностно-пластическом деформировании // Упрочняющие технологии и покрытия. 2008. № 12. С. 55-56.

6. Рудых Н.В. Использование микроструктурного изображения для оценки напряженно-деформированного состояния металла // Вестник машиностроения. 2009. № 11. С. 3334.

7. Яковлев А.В. Методы, модели и алгоритмы формирования и анализа изображений в системе контроля качества материалов и продукции машиностроительного предприятия. Муром: Изд-во Муромск. инст-та ВлГУ, 2003. 16 с.

УДК 621.9.048.6:621.794

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО ФАКТОРА ПРИ НАНЕСЕНИИ ВИБРАЦИОННЫХ МЕХАНОХИМИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ

В.В.Иванов1

Донской государственный технический университет, 344010, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1.

Представлены материалы по исследованию влияния температурного фактора вибрационного механохимическо-го твердосмазочного покрытия - дисульфида молибдена (1М^2). Ил. 3. Табл. 1. Библиогр. 4 назв.

Ключевые слова: вибрационная механохимия; дисульфид молибдена (MoS2).

STUDIES OF THE TEMPERATURE FACTOR DURING VIBRATION MECHANOCHEMICAL COATING V.V. Ivanov

Don State Technical University, 1 Gagarin sq., Rostov-on-Don, 344010.

The article presents data on the influence of the temperature factor of vibration mechanochemical solid lubricant coating - molybdenum disulfide (MoS2). 3 figures. 1 table. 4 sources.

Key words: vibrational mechanochemistry; molybdenum disulfide (MoS2).

При нанесении покрытия вибрационным способом воздействие частиц рабочей среды на обрабатываемую поверхность осуществляется через тонкодисперсный порошок МоS2, находящийся в зоне контакта. Так как порошок МоS2 при определенной температуре теряет свои антифрикционные свойства, окисляется и переходит в трехокись молибдена (МоО3), необходимо знать мгновенную температуру в зоне контакта и среднюю температуру в рабочей камере.

Мгновенная температура в зоне контакта, вычисленная по формуле М.М. Саверина, находится в пре-

делах 20-150°С. Измерение температуры рабочей среды определялось через равные промежутки времени при работе установки в течение 6 часов (рис. 1 , 2). Из приведенных на рис. 1, 2 графиков видно, что при работе установки без предварительного нагрева среды температура рабочей камеры растет и в течение трех часов достигает максимального значения. Затем температура стабилизируется. Дальнейшая обработка не вызывает изменений температуры. Наибольшее значение температуры (60°С) отмечается при работе с амплитудой 4 мм.

1-

Иванов Владимир Витальевич, кандидат технических наук, доцент, докторант кафедры технологии машиностроения, тел.: (863) 2738360, e-mail: vivanov_dstu@mail.ru

Ivanov Vladimir, Candidate of technical sciences, Associate Professor, Competitor for a Doctor's degree of the Department of Tec h-nology of Mechanical Engineering , tel.: (863) 2738360, e-mail: vivanov_dstu@mail.ru

Повышение температуры при увеличении амплитуды колебаний рабочей камеры происходит в результате увеличения скорости циркуляции и, следовательно, энергии удара частиц рабочей среды. При работе с предварительным нагревом до 180° С в течение двух часов происходит уменьшение температуры до 50° С. Таким образом, через два - три часа работы температура рабочей среды стабилизируется и не зависит от начальной температуры.

На основании приведенных исследований можно заключить, что мгновенная температура в зоне контакта не превышает 150°С, а температура рабочей среды равна 60°С.

Как уже отмечалось, на воздухе начинает

окисляться при температуре 350-400°С . Однако известно, что при трении на воздухе в некоторых случаях происходит частичное окисление при температуре порядка 70-100°С. При этом температура окисления зависит от дисперсности порошка: чем больше дисперсность, тем ниже температура начала окисления. Для частиц размером менее 1 мкм окисление на воздухе наступает при 200°С.

В процессе вибрационной обработки в зоне контакта рабочей среды с поверхностью детали при их взаимном соударении и скольжении происходит измельчение частиц порошка и возникают локальные температуры. Поэтому для определения возможности нанесения дисульфида молибдена вибрационным способом необходимо определить термическую стабильность порошка в процессе обработки.

С этой целью были проведены следующие исследования: рентгено-структурный качественный фазовый анализ и определение наличия окисленного молибдена химическим путем.

71) 60 50 40 30 20 10 0

0 60 120 180 240 300

Т,мин

Рис.1. Изменение температуры по времени при амплитуде: 1 - 4 мм; 2 - 2,6 мм; 3 - 10 мм

При обработке в камере наблюдается повышение температуры. Чтобы определить влияние температуры и динамического контакта на процесс обработки, а также воздействие продолжительности работы на термическую стабильность, для исследований были взяты порошки после различных режимов обработки, а именно:

- исходный;

- после 5 часов работы вибрационной камеры при комнатной температуре;

- исходный, нагретый в сушильном шкафу до t=180°С;

- после работы продолжительностью более 200 часов.

180 160 140 120 100 80 60 40 20 0

Ъ,С

0

60 120 180 240 300

Т,мин

Рис.2. Изменение температуры по времени при амплитуде 2,5 мм: 1 - с предварительным нагревом; 2 -без предварительного нагрева

Фазовый анализ проводился фотометодом на рентгеновском дифрактометре УРС-70К1 в камере РКД при Си ка - излучении по стандартной методике. Результаты анализа представлены в таблице и на рис. 3.

На основании полученных данных рентгенострук-турного анализа можно сделать вывод о том, что образцы представляют собой однофазные порошки - ни окисления порошка, ни разложения его с образованием достаточных для обнаружения количеств новых веществ не происходит ни в одном из исследуемых образцов. Дисперсность областей когерентного рассеяния и искаженность кристаллической решетки различны, что определяется степенью размытия дифракционных рефлексов на заданных углах отражения. Порошки № 2, 4, 5, подвергавшиеся вибрационной обработке, обладают большой искаженно-стью кристаллической решетки и дисперсностью блоков.

Для определения наличия окисленного порошка и его количественного содержания был проведен химический анализ по инструкции, разработанной заводом-изготовителем. Метод основан на выщелачивании окисленного молибдена соляной кислотой, разбавленной 1:3. В фильтрате определяют содержание молибдена колориметрическим роданидным методом, применяя в качестве восстановителя тиомочевину.

Межплоскостные расстояния в /

№ п/п Образец 1 Образец 2 Образец 3 Образец 4 Образец 5 Табличное значение

1 6,15 6,05 6,15 6,15 6,24 6,15

2 3,05 3,02 3,03 3,02 3,02 3,075

3 2,72 2,71 2,73 2,73 2,73 2,74

4 2,65 2,66 2,66 2,68 2,67

5 2,50 2,51 2,50 2,50 2,51 2,50

6 2,27 2,27 2,27 2,27 2,28 2,28

7 2,23 2,27

8 2,04 2,04 2,04 2,04 2,04 2,05

9 1,82 1,82 1,82 1,83 1,83 1,83

10 1,74 1,75 1,75 1,76

4

Рис. 3. Дебаеграммы порошка МоS2, снятые в камере РКД при Си ка - излучении: 1 - исходный порошок; 2 - после 5 часов работы при комнатной температуре; 3 - исходный, нагретый до t = 180°С; 4 - после 5 часов работы с предварительным нагревом до 180°С

Исследованиям подвергались три порошка: исходный при комнатной температуре, после 5 часов работы установки и после работы установки более 200 часов. Результаты показали, что наличие окисленного молибдена в процентном соотношении составляет соответственно: 0,15; 2,04; 3,05. При работе вследствие измельчения порошка происходит небольшое его окисление, которое с течением времени изменяется незначительно. Так, после 200 часов работы количество окисленного порошка составило всего 3%. Однако Брейтуэйт отмечает тот общепризнан-

ный факт, что небольшое количество МоО3 не оказывает влияния на смазывающие свойства МоS2, так как небольшие частицы трехокиси молибдена тонут в массе дисульфида молибдена, что устраняет их абразивное действие.

Таким образом, на основании исследований по определению термической стабильности порошка можно сделать вывод о том, что процесс вибрационной обработки может быть использован для нанесения покрытия дисульфида молибдена, так как он не изменяет его антифрикционные свойства.

Библиографический список

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

2 Бабичев А.П. Иванов В.В. Булгаков Я.С. Исследование коэффициента трения, износостойкости и мик-ро/нанопрофиля поверхности вибрационного механохими-ческого покрытия дисульфида молибдена // Известия ОрелГТУ. 2011. № 1 (285). С. 35-41.

3. Иванов В.В. Вибрационные механохимические методы нанесения покрытий: монография. Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ, 2007. 140 с.

4. Рысева Т.Н. Повышение износостойкости пар трения путем совмещения процессов вибрационного упрочнения и нанесения твердосмазочного покрытия дисульфида молибдена: дис. ... канд. техн. наук. Ростов н/Д: РИСХМ, 1975.