НЕКОТОРЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ
ДЕТАЛЕЙ НАНЕСЕНИЕМ ПОКРЫТИЙ И ПЛЕНОК

Погодаев Л.И., Матвеевский О.О.
Университет водных коммуникаций, НПО «ВМППАВТО». г. Санкт-Петербург. Россия

Источник: http://www.tribo.ru/netcat_files/313/208/h

Приведены положительные примеры повышения работоспособности машин и механизмов путем нанесения на поверхности деталей плазменных и синтетических композиционных покрытий, а также за счет химико-термической обработки плазменных покрытий и формирования на поверхностях трения защитных металлокерамических пленок.

В статье авторы обращают внимание на наиболее интересные, по их мнению, результаты исследований по покрытиям и пленкам, выполненных представителями научной школы трибологического направления, сформировавшейся в указанных выше организациях [4-6, 15, 17, 20].

1. Установлено, что работоспособность (надежность) газотермических покрытий и различного рода защитных пленок в трибосопряжениях в зависимости от их структуры и комплекса физико-механических, трибологических, противоизносных и других достаточно важных характеристик удовлетворительно моделируется и рассчитывается при любых видах контактного взаимодействия деталей, а также при динамическом воздействии на них неоднородных жидких и газообразных сред (потоков), на основании структурно-энергетического подхода [1-21].

Впервые созданные на синергетических принципах структурно-энергетические модели надежности компактных, а также пористых материалов и покрытий с единых позиций позволяют описать процесы самоорганизации диссипативных структур в различных условиях внешнего воздействия. При этом учитывается напряженно-деформированное состояние и неоднородность структуры, особенности масштабных переходов, фазовых превращений и предельная энергоемкость деформируемых сред, впервые представленная энергетическим критерием - критической плотностью потока мощности деформации, а также аккумуляционным периодом накопления повреждений при поверхностной усталости материалов и критической скоростью динамического нагружения, когда происходит разрушение деформируемых сред при распространении в них волн упругих и пластических деформаций [1, 2, 4, 5, 7, 10, 11, 13, 14, 16-18,20].

Структурно-энергетический подход позволил разработать эффективную методологию, позволяющую выявлять: физические модели разнообразных процессов разрушения компактных и пористых материалов (покрытий), важнейшие общие и частные зависимости, определяющие их надежность и, в итоге, - работоспособность деталей [4. 7. 11. 17, 20].

Практическая значимость изложенного выше научного подхода заключается в открывающихся широких возможностях разработки конкретных методик расчета остаточного ресурса, долговечности и ремонтопригодности весьма ответственных деталей с покрытиями и с защитными пленками в различных отраслях народного хозяйства: в двигателестроении; на транспорте, в оборонной промышленности и т. д. [5,6, 11, 15, 17, 20 и др.].

2. Разработан состав плакирующего концентрата, добавляемого в смазочные материалы и образующего на поверхностях трения наноструктурные металломинералокерамические защитные пленки, снижающие потери мощности на трение, восстанавливающие сопряженные детали до номинальных размеров, переводя процессы трения и изнашивания в режимы, близкие к оптимальным по энергозатратам и к безызносности. Новый плакирующий концентрат, содержащий базовое масло и добавки в виде гидросиликата магния (серпентинита), тонкодисперсного порошка оловянистой бронзы, жирных карбоновых кислот и маслорастворимых диалкилдитиофосфатов металлов под названием «Ресурс» производится в СПб НПО «ВМПАВТО» и широко используется в России и за рубежом. Препарат запатентован [15], а на 97-ом Международном Салоне изобретений «Конкурс Лепин», Франция, Париж, 28 апреля - 8 мая 2006 г. правительством Франции его разработчики (авторы этой статьи) были награждены бронзовой медалью [20].

3. Разработан оптимальный химических состав и технология плазменного напыления антифрикционого покрытия на основе алюминия (АО16, 5М1,5) на тонкостенные вкладыши подшипников скольжения коленчатых валов судовых двигателей внутреннего сгорания [6]. Серийное производство опор скольжения с новым покрытием освоено на судостроительно-судоремонтном заводе им. В.И. Ленина Минтранса РФ (г. Астрахань).

4. Решена проблема предотвращения эрозии водоохлаждаемых поверхностей цилиндровых втулок судовых двигателей внутреннего сгорания за счет нанесения армированного стекложгутом эпоксипласта-теплоизоляционного эрозионностойкого покрытия, позволяющего не только защитить наружную поверхность втулок от эрозии при вибрационной кавитации, но и сэкономить до 6% топлива и смазки за счет оптимизации теплового режима работы двигателей, имеющих пониженную температуру охлаждающей воды, на 10-25 °С ниже оптимальной [5,11].

5. Выявлена высокая эффективность химико-термической обработки деталей из стали и чугуна с плазменно-напыленными покрытиями. В частности, газовая сульфонитроцементация детали из стали 45 с покрытием ПГ-19М-01 толщиной 1.0 мм и общей пористостью ~ 8% привела к возникновению напряжений сжатия в покрытии примерно в 2.0 - 2,5 раза превышающих его когезионную прочность. При этом адгезия покрытия к основе увеличилась примерно на порядок за счет заполнения дефектов переходной зоны продуктами сульфонитроцементации, в частности, сульфидами меди. В стали под пористым покрытием сформировалась высокотвердая карбонитридная зона глубиной примерно 30 мкм, как и при сульфоцианировании детали без покрытия. Таким образом, химико-термическая обработка деталей с пористыми плазменными покрытиями позволяет примерно на два порядка увеличить общую толщину упрочненного слоя [17].

ЛИТЕРАТУРА

1. Погодаев Л.И., Юркова С.Н., Бочаров А.Ф. Износостойкость покрытий при кавитации // Порошковая металлургия, 1990, N 10. С. 66-75.
2. Погодаев Л.П., Бочаров А.Ф., Юркова С.Н. Некоторые закономерности кавитационного изнашивания плазменных покрытий на стали 25Л // Пробл. трения и изнашивания. Киев : «Техника», Вып. 37, 1990. С. 38-43.
3. Погодаев Л.П., Юркова С.Н., Бочаров А.Ф. Опыт применения газотермических покрытий в судоремонте//Научно-технич. Сб. ЦБНТИ речного транспорта. Вып. 10. 1999. С. 19-28.
4. Погодаев Л.И.. Хмелевская В.Б. Изнашивание плазменных покрытий при трении скольжения // Пробл. машиностроения и надежности машин. 1991. N 4. - С. 61-74.
5. Погодаев Л.И.. Пимошенко А.П., Капустин В.В. Эрозия в системах охлаждения дизелей. - Калининград: Академия транспорта. 1993. - 325 с.
6. Погодаев Л.И.. Хмелевская В.Б.. Абрамов Г.А. Материал для напыления антифрикционного покрытия. Патент: 99026620 МПК 6С 29 С 4/08 ВНИИПИ Госкомитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ России. 1996.
7. Погодаев Л.И.. Хмелевская В.Б. и др. Исследование надежности модифицированных газотермических покрытий для деталей ЦПГ ДВС / Судостроение и судоремонт. - СПб.: СПГУВК. 1998. С.3-1 7.
8. Погодаев Л.И.. Дудко П.П.. Кузьмин В.Н. Влияние смазочных композиций с присадками на работоспособность пар трения серый чугун - гальваническое хромовое покрытие // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2000. N 6. С. 45-57.
9. Погодаев Л.П., Кузьмин В.П., Дудко П.П. Повышение надежности трибосопряжений. С-Пб: Академия транспорта, 2001. 304 с.
10. Погодаев Л.П., Кузьмин В.Н. Влияние металлоплакирующих добавок к пластичным смазкам на работоспособность трибосопряжений//Проблемы машиностроения и надежности машин. 2003, N 1. С. 54-66.
11. Погодаев Л.И., Кузьмин А.А. Эрозия материалов и судовых технических средств в неоднородных жидких и газообразных средах. СПб.: СПГУВК, 2004, 379 с.
12. Погодаев Л.П., Кузьмин В.Н. Влияние добавок к моторным маслам на морфологию поверхностей трения деталей // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2004, N3. С. 69-77.
13. Погодаев Л.И. Влияние геомодификаторов трения на работоспособность трибосопряжений // Пробл. машиностроения и надежности машин. 2005, N 1. С. 58-67.
14. Погодаев Л.И., Петров В.М., Шабанов А.Ю. Некоторые результаты исследования влияния смазочных композиций с добавками геомодификаторов трения на работоспособность трибосопряжений в лабораторных и натурных условиях//Пробл. машиностроения и надежности машин. 2005, N 3. С. 27-41.
15. Патент РФ N 2247768, МПК С10М163/00. Приоритет от 23.01.03. Погодаев Л.И., Кузьмин В.Н. Минералометаллокерамическая плакирующая смазочная композиция для трибосопряжений машин и механизмов (металлоплакирующий концентрат).
16. Погодаев Л.И. Влияние геомодификаторов трения на работоспособность трибосопряжений // Пробл. машиностроения и надежности машин, N 1, 2005. С. 58-67.
17. Погодаев Л.И., Кузьмин А.А. Структурно-энергетические модели износостойкости покрытий (ГТП). - СПб.: СПГУВК, 2005. - 208 с.
18. Матвеев Ю.И., Погодаев Л.И. Анализ структуры и свойств плазменных покрытий методами согласования частных степенных зависимостей и математического планирования эксперимента. - Н. Новгород. Изд-во ФГОУ ВПО «ВГАВТ», 2005. -43 с.
19. Погодаев Л.И., Кузьмин В.Н., Петров В.М. Новый пластичный смазочный материал//Трение и смазка в машинах и механизмах. 2006, N 6. С. 18-26.
20. Погодаев Л.И.. Кузьмин В.Н. Структурно-энергетические модели надежности материалов и деталей машин. СПб.: Академия транспорта РФ. 2006. - 608с.
21. Погодаев Л.П.. Дмитриев С.П., Усачев В.В. Основы технологии финишно- упрочняющей обработки деталей//Пробл. машиностроения и надежности машин. 2006. N 4. С. 79-89.