УДК 534.86
ИННОВАЦИОНЫЕ РАЗРАБОТКИ ЛАБОРАТОРИИ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ ПОКРЫТИЙ В ОБЛАСТИ ТРИБОЛОГИИ
, ,
Самарский государственный технический университет
Приводится обзор научных направлений, развиваемых в лаборатории наноструктурированных покрытий СамГТУ в области трибологии. В перечне инновационных разработок, включающих наноструктурированные покрытия, методы и приборы оценки качества поверхностей трения и др., отмечены отличительные особенности полученных результатов.
Ключевые слова: трибометр, наноструктурированные покрытия, адгезиометр.
Упрочняющие покрытия около ста лет успешно используются для повышения износостойкости поверхностей трения элементов машин и уже более 30 лет известны технологии электрохимического осаждения наноструктурированных покрытий из электролитов, содержащих нанокристаллы различных материалов. Наноструктурированные покрытия обладают повышенными прочностными характеристиками и обеспечивают значительный ресурсоповышающий эффект. В СамГТУ освоены технологии нанесения электрохимических и детонационных нанструктурированных покрытий. В частности создана установка для локального нанесения хром-алмазных покрытий на режущие кромки металлообрабатывающего инструмента.
Следующим шагом в совершенствовании технологии нанесения упрочняющих покрытий является формирование износостойкого слоя, имеющего положительный градиент механических свойств. В соответствии с теорией увеличение прочностных характеристик материала поверхностей трения в направлении глубины обеспечивает локализацию деформационных процессов в тонком поверхностном слое и не допускает глубинных разрушений при критических нагрузках. В лаборатории наноструктурированных покрытий разработана технология электрохимического осаждения градиентных антифрикционных серебряно-алмазных покрытий с повышенными антизадирными свойствами. Управление твердостью осадка выполняется путем изменения параметров асимметричного переменного тока в гальванической установке. В настоящее время серебряные покрытия используются для повышения ресурса плавающих элементов опор скольжения буровых долот, а также для снижения переходного электрического сопротивления коммутационной аппаратуры.
Для оценки качества покрытий разработаны новые устройства для оценки адгезионной прочности сцепления покрытий с основой «на отрыв» и «на срез», а также универсальный диагностический комплекс для оценки микро - и макрогеометрии поверхностей, микротвердости, энергии активации пластической деформации, коэффициента трения и прогнозирования остаточного ресурса по критерию охрупчивания вследствие усталости.
Испытания на трение играют важную роль при создании высокоресурсных узлов трения. В СамГТУ разрабатываются демонстрационные (для учебных целей) и универсальные (для научных исследований) трибометры.
Демонстрационные трибометры слу-жат для демонстрации каких-либо аспектов процесса трения или иллюстрации принципов определения отдельных трибологических характеристик. Одна из моделей демонстрационного трибометра типа «наклонная доска» представлена на рис. 1. Трибометр позволяет оценивать коэффициенты трения скольжения и качения при относительном перемещении образцов различных материалов (металл, пластик, древесина, резина) в различных сочетаниях, а также изучать влияние вибраций на процесс трения с возможностью моделирования контактного резонанса, когда коэффициент трения становится близким к нулю.
Рис. 1. Демонстрационный трибометр
типа «наклонная доска».
Одной из наиболее совершенных моделей демонстрационного трибометра является миниатюрная машина трения (рис. 2), разработанная в СамГТУ. Данное устройство представляет собой маломощную машину трения, позволяющую проводить триботехнические испытания по схемам «кольцо-кольцо», «кольцо-плоскость» для исследования триботехнических материалов на трение и изнашивание. В трибометре реализован компьютерный сбор данных и мониторинг режимов испытаний включая: оценку величины нормальной нагрузки, момента трения и температуры саморазогрева пары трения. Однако имеются ограничения по силовым и скоростным условиям нагружения материалов.
В лаборатории наноструктурированных покрытий СамГТУ также разработаны универсальные трибометры, реализуемые в трех комплектациях: «Универсал», «Универсал-1А» и «Универсал-1Б». Трибометр «Универсал» – базовый комплект, включающий измерительную систему (моноблок) с датчиками осевого усилия, момента трения и температуры, систему сбора данных и программное обеспечение, чашку для размещения испытательных образцов. В нижней части моноблока имеется выступ для его закрепления в резцедержателе токарного станка или в машинных тисках на столе сверлильного станка. Трибометр имеет компьютеризированную систему сбора данных с каналами измерения осевых и касательных усилий, а также температуры разогрева испытываемой пары трения. Измерительная система трибометра дифференцируется по предельным осевым нагрузкам: малых (до 30 кгс); средних (300 кгс) и высоких (до 3000 кгс).
Рис. 2. Малогабаритный демонстра-
ционный трибометр «Универсал-Д».
Измерительную систему трибометра «Универсал» можно использовать не только для проведения трибологических испытаний, но и, например, для исследования технологических режимов сверления, шлифования, точения и др. операций.
Трибометр «Универсал-1А» (рис. 3) оснащен: модернизированным сверлильным станком, содержащим систему тонкого и грубого нагружения (рычаг с 10 навесками); специализированной металлической тумбой с антискользящим покрытием (выполняющей одновременно роль контейнера для транспортировки трибометра); при этом измерительная система интегрирована в основание станка. Трибометр «Универсал-1А» имеют следующие особенности.
1. Трибометр создан по модульному принципу. Разработанный комплект смен-ных приспособлений позволяет реализовать девятнадцать различных вариантов испытаний на трение и изнашивание, при этом возможны испытания, как на образцах, так и на готовых изделиях.
2. Простота конструкции позволяет кратно снизить стоимость трибометров (особенно в базовой комплектации) по сравнению с аналогичными образцами.
Рис. 3. Машина трения
«Универсал-1А».
3. Используются малогабаритные образцы и контробразцы, позволяющие кратно снизить затраты материалов на испытания.
4. Имеется режим автоматического отключения стенда по достижении длительности испытаний или момента трения заданной величины.
5. Имеется возможность триботехнических испытаний конструкционных материалов, смазочных материалов и покрытий в различных режимах трения и изнашивания (вплоть до схватывания поверхностей).
INNOVATIVE WORKING OUTS OF LABORATORY OF THE
NANOSTRUCTURED COVERINGS IN THE FIELD OF THE TRIBOLOGY
I. D. Ibatullin, A. R. Gallyamov, M. D. Karlova, R. A. Haneev
Samara State Technical University
The review of the scientific directions developed in laboratory the nanostrukturirovanykh of coverings of SamSTU in the field of a tribology is provided. In the list of the innovative development including the nanostructured coverings, methods and devices of an assessment of quality of surfaces of friction, etc. distinctive features of the received results are noted.
Keyword: tribometr, the nanostructured coverings.
