Фізико-хімічні методи аналізу поверхонь тертя

2.2 Фізико-хімічні методи аналізу поверхонь тертя

Фізичні методи дослідження процесів тертя й зношування проводили на макро-, мікро- і субмікроскопічних рівнях. Макроскопічний аналіз здійснювався візуально й фотографуванням. Це дозволило оцінити ушкодження, ступінь при роботі й характер процесу зношування трибоповерхнні. Для мікроскопічних досліджень використовувався мікроскоп МІМ-8М. Підготовлялися мікрошліфи - у спеціальних струбцинах стикувалися, розділені мідною прокладкою, дві поверхні перетинання покриття. У наступному підготовка металографічних шліфів проводилася за методикою робіт. Визначення мікротвердості матеріалів покриттів проводили методами вимірів за Роквелом відповідно до ГОСТ 9013-59. Дослідження микробъемов детонаційно-газових покриттів покриттів здійснювали методом виміру мікротвердості поверхневих шарів відповідно до ГОСТ 9460-68 на мікротвердомірі ПМТ-3. Навантаження на індентор вибиралася виходячи з механічних властивостей досліджуваних покриттів і залишалися незмінної. Глибина відбитка не перевищувала 2 мкм. Шорсткість робочої поверхні шліфа при вимірах мікротвердості доводилася Ra=0,32 відповідно до ГОСТ 2789-73. Мікрорельєф поверхні вимірявся профілометром профілографом (мод. 201 заводу "Калібр"). Міцність зчеплення детонаційно-газових покриттів з металевою основою визначалася методом "конусного штифта" . Дослідження проводили на зразках, у яких штифт і отвір у шайбі мали форму конуса, що забезпечувало зменшення зазору в з'єднанні й збільшення точності виміру в порівнянні із циліндровою формою. Діаметр робочої поверхні штифта становив 1,5-2,0 мм, що виключало поперечне й змішане руйнування покриття. На поверхню штифта й шайби наносили покриття товщиною не менш 200 мкм. Випробування проводили на універсальній розривній машині УТС-10 зі швидкістю руху активного захоплення 2,0 мм/хв. Товщину покрити контролювали мікрометром. Щільність покрити визначали шляхом напилення на плоску сталеву основу шаром 6 мм, а потім відокремлювали й гідростатично зважували його за методикою викладеної в роботі [25].Для визначення інтенсивності зношування використовувалися схеми торцевого тертя на установці М-22ПВ , у діапазоні швидкостей до 1 м/с і навантажень до 10 мПа. Рентгенофазний аналіз поверхонь тертя проводився дифрактометром ДРОН- УМ1. Зйомка здійснювалася в широкому кутовому діапазоні в З- випромінюванні. Спочатку прописувалася дифрактограма зі швидкістю 1/2 за хв. з обертанням зразків. Потім піки, виявляються більш детально прописувалися зі швидкістю 1/8є й 1/16є за хв. Напруга 25 кВ, струм - 15 мПа. Дослідження хімічної мікро неоднорідності здійснювалося мікроаналізатором фірми "Cameka" моделі MS-46. Вимір інтенсивності рентгенівський проводили в тотожних ділянках мікроструктури. Були отримані знімки в поглинених електронах і рентгенівських променях. Електронні мікрофотографії детонаційно-газових покриттів робили на мікроскопі JEM-100CXP при зйомці в трансмісійному режимі за допомогою двоступеневих вуглецевих реплік, що напилювався у вакуумі й відтінялися окисом вольфраму. Напруга, яка пришвидшує, була 80 кВ. Рентгенографічне вивчення тонкої структури проводилося на установці УРС-50И с іонізаційним записом в Fe- випромінюванні. Для фізичного розширення ліній обумовленого диспергуванням кристалітів і перекручуванням кристалічних ґрат. З метою виявлення закономірностей між структурою й властивостями детонаційно-газових покриттів використовувався метод апроксимації з наступним уведенням виправлень. Розміри блоків мозаїки підраховували методом екстинкції. Для дослідження самого тонкого поверхневого шару (продуктів зношування) застосовувався метод дифракції електронів на установці ЭМР-100 у режимі дифракції на відображення з поверхні тертя при напрузі, яка з ковзає , 100 кв.

2.3 Математична модель процесів тертя й зношування покрити по пружно - пластичній основі

На підставі [12-21] простір існування властивостей детонаційно-газових покриттів можна описати, як: Ω (Rфм  Rмф  Rфт  Rі)

З обліком першого обмеження: Ω  Ψ

де Ψ - простір у якому властивості детонаційно-газових покриттів мають фізичний сенс.

Приймаючи до відома тези "технологія-структура" і "структура-властивості" додаємо друге обмеження фазовий коефіцієнт дефектності матеріалу, якої показує як дана структура покриття співвідноситься з його ідеальною структурою в умовах коли структурна густота постійна, (К_дф) → 1 Відносно триботехнічних властивостей відзначених покриттів додаємо третє й четверте обмеження:

У такий спосіб: mіn І = f(Ω)

Для практичних розрахунків ухвалювали дещо спрощений підхід:

 де І - інтенсивність зношування;

 - вектор змінних факторів;

- вектор супутніх факторів.

 = {V, P, T, p, M, L, τ}

де V = [0,1÷2] - швидкість ковзання, м/с;

P = [1÷20] - навантаження, МПа;

T = [423÷823] - температура нагрівання, ^oК;

p ≈10⁵ - тиск, Мпа;

M - матеріал пари тертя;

L - мастильний матеріал;

τ = [1÷5] - час, год.

 = {σ, Hμ, t, μ, R, }

де σ - адгезійна міцність зчеплення;

Hμ - мікротвердість;

t - температура в локальному контакті;

μ - коефіцієнт тертя;

R - режими нанесення покриття;

 - вектор факторів, які не враховуються.