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 |
