Master eTerra: Мой блог



Газотермическое напыления


Газотермическое напыление в настоящее время является перспективным и современным технологическим способом повышения износостойкости различных деталей и узлов трения машин и механизмов. Виброгаситель является одним из узлов пассажирского вагона. Он представляет собой большой масляный амортизатор, предназначенный для гашения колебаний вагона при его движении. На одном пассажирском вагоне имеется четыре гасителя.

В процессе эксплуатации пассажирского вагона штоки виброгасителя, изготовленные из стали 45 и упрочненные способом электролитического хромирования, в течение полугода эксплуатации начинают выходить из строя вследствие разрушения хромового покрытия. Это приводит к потерям масла, находящегося в виброгасителе. Суммарные потери масла, затраты на смену штоков и простой вагонов в это время очень существенны. Следует отметить, что изношенные штоки на предприятии восстановлению не подлежат, а просто утилизируются.

В данной работе предложена технология восстановления штока виброгасителя методом газотермического напыления (ГТН) и проведено исследование триботехнических свойств покрытия, полученного распылением проволоки 40X13. В работе ставилась задача сравнения триботехнических свойств электролитического и газотермического покрытий и особенности механизмов их разрушений.

Для восстановления штока виброгасителя была выбрана установка ТЕРКО, разработанная в Институте надежности машин НАН Беларуси.
Технологический процесс восстановления штока виброгасителя заключался в следующем промывка вала, токарная обработка до необходимого размера с нарезанием рваной резьбы и дробеструйная обработка, необходимая для удаления окисных пленок и придания требуемой шероховатости. Для защиты от налипания частиц распыленного металла на поверхности штока, не подлежащих напылению, наносили кремнийорганический лак типа КО-815. Затем последовательно напылялись подслой из хромоникелевого спХ20Н80, толщиной 0,1 мм и покрытие из проволоки 40X13, толщиной 2мм. Далее следовала механическая обработка (точение твердосплавным резцом). Завершающей операцией являлась обработка восстановленной поверхности ультразвуком на запатентованной в России установке 160-УЗТК-1822-025, применяющейся для обработки поверхностей вращения с целью повышения класса чистоты и микротвердости поверхности.

Эксперименты на трение и износ проводились на машине трения hid-210 по схеме вал-колодка на образцах, вырезанных из штоков виброгасителей, исходного и восстановленного. Колодки были изготовлены из чугуна марки СЧ32-52. В качестве смазки использовалось масло ВМГЗ. Критерием оценки износостойкости покрытий считалось время работы образцов до начала разрушения покрытия при нагрузке 400Н и частоте вращения вала 350 обмин. Износ вала определяли по изменению его диаметра, а колодок - по глубине и ширине канавок, образовавшихся на их поверхности за время проведения эксперимента.

Металлографическое исследование структуры покрытий проводили на оптическом микроскопе NEOPHOT-21. Для измерения микротвердости использовался ПМТ-3.

После каждых трех часов проведения эксперимента проводилось изучение структуры покрытия и подложки, замерялась микротвердость и фиксировалось изменение размеров вала и колодок.

Несмотря на то, что хромовое покрытие имело более высокую твердость по сравнению с напыленным, разрушение его произошло уже после первых двух циклов испытаний (часов). Напыленное покрытие сохранило высокие свойства без видимых следов разрушений до конца испытаний (девять часов).

Покрытие, нанесенное на шток виброгасителя, распылением проволоки из стали 40X13, обладает высокой износостойкостью в условиях граничного трения со смазкой и способно быть альтернативой твердому хромовому покрытию.

По результатам исследования ведется разработка технологии восстановления изношенных деталей локомотива с целью внедрения на предприятиях ОАО Российские железные дороги.

В настоящее время актуальной задачей остается разработка износостойких покрытий на основе тугоплавких соединений, обладающих высокими эксплутационными характеристиками. В связи с этим интерес представляют металлокерамические системы с металлической матрицей на основе диборида титана как износостойкой составляющей. Из анализа диаграмм боридных систем, термодинамической, кинетической совместимости диборида титана с металлическими расплавами наиболее полно указанному комплексу свойств отвечают металлы группы железа. В таких системах непосредственно в процессе электроннолучевой наплавки и последующей кристаллизации возможно образование наряду с боридами других химических соединений, оказывающих положительное влияние на износостойкость формируемых покрытий.

Цель настоящего исследования- разработка композиционных материалов на основе диборида титана с железной и никелевой связкой для получения покрытий на сталях методом электронно- лучевой наплавки, изучение их структуры, фазового состава и абразивной износостойкости.
Наплавку покрытия осуществляли на подложки из Ст.З электронно- лучевым методом в 2-4 прохода при ускоряющем напряжении 28 кВ, диаметр пучка- 0,1 мм длина развертки-12 мм скорость перемещения подложки- 2 ммс. Толщина наплавленного слоя достигала 2-3 мм.
В качестве шихты использовали композиционные порошки TiBFe и TiB2-Ni,

полученные методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), порошок железа (ПЖВ). Гранулометрический состав порошка находился в пределах 50-250 мкм. Исследование микроструктуры, фазового и химического состава покрытий проводили с использованием приборов МИМ-9, ДРОН-4, SX-50 САМЕВАХ.

Представлена микроструктура покрытия, наплавленная композиционным порошком TiB2- 50 Fe. В соответствии с данными МРСА и РФА основными фазами покрытий являются TiB2, Fe2B, FeB. Металлографический анализ показал, что в пооцессе наплавки формируются неоднородные структуры покрытия с повышенной пористостью. Между основным металлом и наплавленным споем наблюдается переходная зона с Нт 2-5 ГПа, увеличивающейся в направлении поверхности наплавки. В области, примыкающей к подложке, микроструктура покрытия соответствует затвердевшему составу квазибинарного разреза тройной диаграммы состояния системы Ti-B-Fe. Эта область постепенно переходит в область, микроструктура которой соответствует кристаллизации эвтектического распПВ2-Fe. В приповерхностной зоне покрытия микроструктура состоит из кристаллов диборида титана, расположенных в эвтектической матрице. Характер микроструктуры в этой части наплавки и сравнение ее с исходной микроструктурой композиционных частиц TiB2-Fe свидетельствует о том, что микроструктура покрытия при электронно- лучевой наплавке формируется в результате перекристаллизации частиц диборида титана через жидкую фазу и их последующей коалесценции.

Следует отметить, что в структуре встречаются крупные исходные частицы композита TiB2-Fe, не успевшие перекристаллизоваться через расплав, что обусловило низкую жидкотекучесть образующегося расппри наплавке, а при кристаллизации- высокую пористость. Твердость поверхности покрытия (Нт) составила 13,5-16 ГПа. Отмечается возрастание твердости стальной подложки вблизи границы раздела с покрытием до 4,9-5,1 ГПа, вероятно, за счет диффузии компонентов ванны расплава. Проведенные испытания покрытий из СВС-композита (TiB2-Fe) на абразивную износостойкость показали невысокие значения Ки по сравнению с эталоном.

Известно, что в формировании качественных беспористых структур покрытий важную роль играет жидкотекучесть и количество жидкой фазы, образующейся при электронно- лучевой наплавке порошковых композиций. В связи с этим, наплавка СВС композита (TiB-Fe), дополнительно разбавленного 30мас. Fe (ПЖВ), привела к формированию качественных беспористых покрытий, в структуре которых наблюдается равномерное распределение боридов титана и железа на фоне эвтектик. Твердость покрытия составила 8,5-9,5 ГПа, а абразивная износостойкость повысилась до Ки4,8.

Более высокие показатели твердости и износостойкости были получены при использовании в качестве наплавочного материала СВС- композиционного порошка на основе диборида титана с никелевой связкой -30 и 50 мас Ni (в,г). Исследование структуры наплавленного покрытия из СВС-композита TiB2 -30 мас Ni показало, что при данном соотношении диборида титана и связки структура представляет собой скопление частиц диборида титана на фоне эвтектики (TiB2-Ni). Размеры частиц диборида титана составляют 540 мкм, твердость покрытия Нт14-18 ГПа. Увеличение содержания никеля в композите до 50 мас. Ni способствовует формированию неоднородной структуры с крупными кристаллами диборида титана (до 150 мкм) на фоне никелевой связки, снижению твердости поверхности покрытия до 7-8 ГПа.

Таким образом, никель и никелевые сплавы наиболее эффективны для использования в качестве материала связки износостойких композиционных ЭЛН покрытий на основе диборида титана.

Подробнее... Подробнее... Подробнее...