Россия
УДК 621.793 Нанесение металлических и неметаллических покрытий. Металлизация. Нанесение проводниковых, полупроводниковых, резистивных, диэлектрических, магнитных покрытий и пленок из них
Рассмотрена проблема повышения качества при изготовлении и восстановлении рабочих поверхностей деталей пар трения на примере цилиндров автомобильных ДВС и режущих элементов рабочих органов лесных машин, обеспечивающих их самозатачиваемость в процессе эксплуатации, с помощью усовершенствованного метода плазменного нанесения и упрочнения покрытий.
ПЛАЗМЕННОЕ НАНЕСЕНИЕ ПОКРЫТИЙ, УПРОЧНЕНИЕ, ПОКРЫТИЯ ПЕРЕМЕННОГО СОСТАВА, САМОЗАТАЧИВАНИЕ ЛЕЗВИЙ РАБОЧИХ ОРГАНОВ
1 Состояние вопроса исследования и актуальность работы
Одной из основных причин потери работоспособности машин является изнашивание деталей, вследствие которого процент отказов в процессе эксплуатации достигает 80 процентов и более [1-6]. Это обусловливает актуальность задачи повышения качества и износостойкости рабочих поверхностей деталей пар трения и режущих элементов рабочих органов машин, решение которой позволяет обеспечить увеличение ресурса машин. При этом использование подхода нанесения покрытий с переменным составом как функции координат поверхности дополнительно позволяет, во-первых, обеспечить равномерность изнашивания поверхностей трения при пространственно неравномерных изнашивающих воздействиях и, во-вторых, сэкономить на дорогостоящих высокоизносостойких составляющих покрытия [7].
К одному из эффективных подходов создания поверхностных слоев относится нанесение покрытий с помощью прогрессивных плазменных методов нанесения покрытий [8]. Имеющиеся недостатки данных методов, обусловленные перегревом, рекристаллизацией материала детали и ее короблением для плазменной наплавки, и недостаточными прочностными характеристиками покрытия для плазменного напыления, устраняются путем совершенствования самого процесса плазменного нанесения и упрочнением полученного покрытия (рис. 1) [9]. Одним из эффективных способов упрочнения покрытий является использование двухдуговых плазмотронов в режиме модуляции электрической мощности косвенной и прямой дуг (рис. 2), что позволяет повысить адгезионную и когезионную прочность покрытия, твердость и износостойкость. Однако данный способ не обеспечивает равномерности износа покрытия на всех участках рабочих поверхностей деталей при неравномерных изнашивающих нагрузках, и для данного способа не известны зависимости критериев комбинированного двухдугового процесса от его факторов как для трущихся поверхностей пар трения, так и для режущих поверхностей лезвий рабочих органов лесных машин.
Типичным примером первой группы поверхностей являются рабочие поверхности цилиндров ДВС, второй группы ‒ лемехи плугов. Анализ современной информации подтвердил актуальность решения данной проблемы и позволил выдвинуть гипотезы по устранению неравномерности изнашивания покрытия использованием покрытий переменного состава путем модуляции мощности выносной дуги плазмотрона и регулирования расхода твердой составляющей порошка в процессе нанесения покрытия (рис. 3) [7,10-13].
Рисунок 1 ‒ Пути повышения эффективности плазменного нанесения и упрочнения покрытий
|
+ |
|
+ |
|
– |
|
– |
|
ИП-2 |
|
ИП-1 |
|
V |
|
ṁп ,ṁтр |
|
ṁпл |
|
L |
|
h |
|
1 |
|
2 |
|
5 |
|
6 |
|
3 |
|
4 |
|
1 – катод; 2 – анод; 3 – косвенная (пилотная) дуга; 4 – прямая (вынесенная) дуга; 5 – подложка; 6 – покрытие; ИП-1, ИП-2 – источник питания косвенной и прямой дуги соответственно; |
|
1 – плазматрон; 2 – подложка; 3 – источник питания; |
|
Рисунок 2 ‒ Схема источника питания и процесса плазменного нанесения и упрочнения покрытия с обработкой поверхности выносной (прямой) дугой |
1. Кудинов, В. В. Нанесение покрытий плазмой / В. В. Кудинов, П. Ю. Пекшев, В. Е. Белащенко и др. - М.: Наука, 1990. - 408 с. - ISBN 5-02-006040-2.
2. Суслов, А. Г. Инженерия поверхности деталей / А. Г. Суслов, В. Ф. Безъязычный, Ю. В. Панфилов и др. М. : Машиностроение, 2008. - 320 с.
3. Пузряков, А.Ф. Теоретические основы технологии плазменного напыления: Учеб. пособие по курсу «Технология конструкций из металлокомпозитов». - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. - 360 с.
4. Балдаев, Л.Х. Реновация и упрочнение деталей машин методами газотермического напыления. Москва, Изд-во «КХТ», 2004. - 134 с.
5. Кравченко, И. Н. Разработка технологии нанесения плазменных покрытий многофункционального назначения / И. Н. Кравченко, М. А. Глинский, Ю. А. Шамарин, Т. А. Чеха // Вестник Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный агроинженерный университет имени В. П. Горячкина». 2017. №6(82). - С. 63-71.
6. Хасуй А., Моригаки О. Наплавка и напыление. М.: Машиностроение, 1985. 240 с.
7. Kadyrmetov, A.M. Peculiarities of processes of gas-flame application and strengthening of variable composition coatings on friction assemblies / Anvar Kadyrmetov, Julia Simonova, Mikhail Heifitz, Svetlana Yakenko // Materials Today: Proceedings doi: 10.1016 / j. matpr.2020.08.208. - pp. 1-10, - Режим доступа: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214785320360740?via%3Dihub .
8. Кадырметов, А. М. Современные технологии плазменных и газотермических процессов нанесения покрытий в открытой атмосфере / А. М. Кадырметов, Ю. Э. Симонова, А. А. Плахотин, Д. В. Колмаков // Современные материалы, техника и технология: сборник научных статей 9-й Международной научно-практической конференции (28 декабря 2019 года) / Юго-Зап. гос. ун-т.; в 2-х томах. Том 1. - Курс: Юго-Зап. гос.ун-т, 2019. - С. 226-238.
9. Кадырметов, А. М. Управление эффективностью газодинамических процессов газопламенного напыления / А. М. Кадырметов, Ю. Э. Симонова, Е. В. Снятков, А. А. Плахо-тин // В сборнике: Инновационные технологии в транспортном и химическом машиностроении. Материалы XII Международной научно-технической конференции Ассоциации технологов-машиностроителей. 2020. - С. 45-56.
10. Кадырметов, А. М. Технология плазменного нанесения и упрочнения покрытий в ресурсосберегающих производственных процессах [Текст] / А. М. Кадырметов, Станчев Д. И., Г. А. Сухочев // Упрочняющие технологии и покрытия. - 2010. - №7(67). - С. 29-36.
11. Сухочев, Г. А. Технологическое обеспечение качества нанесения защитных по-крытий комбинированной обработкой [Текст] / Г. А. Сухочев, О. Н. Кириллов, А. М. Кадырметов, Д. М. Небольсин, Е. Г. Смольянникова // Упрочняющие технологии и покрытия. - 2010. - №8(68) . - С. 39-44.
12. Кадырметов, А. М. Методы плазменного, с модуляцией электрических парамет-ров, нанесения и упрочнения покрытий [Текст] / А. М. Кадырметов // Автомобильная про-мышленность. - 2010. - №8 С. 37-39.
13. Кадырметов, А. М. Оборудование для плазменного нанесения и упрочнения покрытий с модуляцией электрических параметров [Текст] / А. М. Кадырметов, Станчев Д. И., Г. А. Сухочев // Упрочняющие технологии и покрытия. - 2010. - №11(71) . - С. 41-48.
14. Кадырметов, А. М. Физическая модель механизмов динамизации процессов плаз-менного нанесения и упрочнения покрытий с помощью модуляции электрических параметров [Текст] / А. М. Кадырметов, Г. А. Сухочев, А. Ф. Мальцев, Д. А. Попов // Наукоемкие технологии в машиностроении. - 2013. - №10. - С. 19-26.
15. Кадырметов, А. М. Моделирование процесса плазменного напыления покрытий на детали транспортных машин в режиме модуляции мощности дуги плазмотрона / А. М. Кадырметов, М. В. Драпалюк, В. И. Посметьев, В. О. Никонов // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2012. - №10(84). - Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2012/10/pdf/19.pdf, 0,625 у.п.л.
16. Кадырметов А. М. Математическая модель тепловых процессов плазменного напыления с электромеханической обработкой покрытий / А. М. Кадырметов // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2013. - №04(88). - Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2013/04/pdf/24.pdf , 1,438 у.п.л.
17. Кадырметов, А. М. Моделирование качества покрытий, полученных плазменным напылением с одновременной электромеханической обработкой [Текст] / А. М. Кадырметов, Г. А. Сухочев, А. Ф. Мальцев // Упрочняющие технологии и покрытия. - 2013. - №8. - С. 39 43.
18. Кадырметов, А. М. Упрочнение напыляемых плазменных покрытий импульсной модуляцией мощности выносной дуги плазмотрона [Текст] / А. М. Кадырметов, Е. В. Смоленцев, А. Ф. Мальцев, Г. А. Сухочев // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2014. - Т. 10. - № 1. - С. 336-341.
19. Кадырметов, А. М. Технологическое обеспечение восстановления типовых дета-лей ДВС плазменным нанесением и упрочнением покрытий / А. М. Кадырметов, Е. В. Снятков, В. Н. Бухтояров, К. А. Радыгин, А. К. Андрющенко, И. А. Кичатов // Воронежский научно-технический вестник. - 2020. - №2 (32). - С. 177-190. Режим доступа : http://vestnikvglta.ru/gallery/177-190.pdf
20. Симонова, Ю.Э. Технология нанесения на рабочие поверхности узлов трения покрытий переменного состава / Ю. Э. Симонова // Автореф. дис.на соискание уч. степени канд. техн. наук. - Воронеж, 2020. - 19 с.
21. Фаюршин, А.Ф. От полевых испытаний к лабораторным / А.Ф. Фаюршин, Р. Ф. Масягутов, А. Д. Мусин // Достижения науки и инновации для аграрного производства : материалы национальной научной конференции, 8-9 февраля 2016 г. - Уфа : Башкирский ГАУ, 2016. - С. 148-155.
