Исследование антифрикционных и защитных свойств покрытий на основе фторсодержащих поверхностно-активных веществ




Скачать 22,97 Kb.
НазваниеИсследование антифрикционных и защитных свойств покрытий на основе фторсодержащих поверхностно-активных веществ
Дата03.02.2016
Размер22,97 Kb.
ТипИсследование



Чёлышев Р.А.

КБ «АРМАТУРА» - филиал ФГУП «ГКНПЦ им. М.В. Хруничева», г. Ковров


ИССЛЕДОВАНИЕ АНТИФРИКЦИОННЫХ И ЗАЩИТНЫХ СВОЙСТВ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ ФТОРСОДЕРЖАЩИХ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ


Традиционно в ракетно-космической технике (РКТ) для снижения коэффициента трения в парах трения применяются различные покрытия и пластичные смазки. Но в последнее время наметилась тенденция снижения качества применяемых смазок, таких как ЦИАТИМ-221, ЦИАТИМ-203 и других. В связи с этим в КБ «Арматура» в рамках ОКР «Волга» проводится поиск и исследование новых антифрикционных материалов. Одним из них является материал на основе фторсодержащих поверхностно-активных веществ (фтор-ПАВ) – эпилам, создающий на поверхности покрытие толщиной 4-8 нм. В данной работе представлены результаты исследований свойств покрытий на основе эпилама марки «Автокон-05» с целью установления областей их применения и возможности использования для повышения надежности изделий РКТ.

Исследования антифрикционных свойств покрытий эпиламом на металлах и покрытиях производились путем определения силы трения, коэффициента трения в резьбе и на плоскости с помощью устройств [1,2] по методикам, описанным в [1,3,4]. Все исследования свойств покрытий в резьбовых соединениях проводились в сравнении со смазочными материалами и покрытиями, применяемыми в КБ «Арматура»: ЦИАТИМ-221, «Криогель», ВНИИ НП-282, покрытием фторопластом-4МБ и др. Определение силы трения покоя и так называемого «стоп-эффекта», характеризующего залипание резины в контакте с металлами, проводились с помощью устройства, имитирующего работу подвижного радиального резинового уплотнения изделия пневмоарматуры системы газоснабжения РКТ. «Стоп-эффект» определялся как разница силы трения покоя и силы трения движения поршня с резиновым кольцом. По виду уплотнения исследовались сочетания резинового кольца с материалами уплотняемой поверхности корпуса: сталями 12Х18Н10Т, 12Х13, 07Х16Н6 и алюминиевым сплавом Д16Т с анодным оксидированием. Эпиламированию подвергалась уплотняемая поверхность корпуса. Все исследования проводились в сравнении со смазкой ЦИАТИМ-221. Эффективность эпиламирования оценивалась отношением силы трения покоя соединения со смазкой ЦИАТИМ-221 к силе трения покоя соединения с покрытием эпиламом.

Критериями оценки антифрикционных свойств и совместимости покрытий являлись количественные показатели параметров: коэффициента трения в резьбе и коэффициента трения на плоскости (коэффициента трения фрикционной пары), момента трения в резьбе в зависимости от осевого и нормального нагружения. Дополнительно коэффициент трения фрикционной пары рассчитывался из известного соотношения [5]: fp = f /cos0,5α, где fp – коэффициент трения в резьбе; f – коэффициент трения фрикционной пары; α – угол профиля резьбы. Критерием оценки склонности трущихся деталей к схватыванию был характер затяжки (осевого нагружения) резьбы. При этом считалось, что плавная затяжка резьбы во всем диапазоне осевых нагрузок свидетельствует о том, что резьбовое соединение не склонно к схватыванию. Если же затяжка резьбы прерывистая, то резьбовое соединение считается склонным к схватыванию, а осевое усилие, превышение которого приводит к прерывистой затяжке, считается предельно допустимым усилием затяжки. Образцы для антифрикционных испытаний изготавливались из высоколегированной стали, 07Х16Н6, наиболее склонной к схватыванию по данным отраслевого стандарта ОСТ 92-8985 – 87.

Коэффициент трения в резьбе определялся по данным крутящего момента в резьбе Mр и осевого усилия F0 по методике, описанной в [3]. Формула для расчета коэффициента трения в резьбе:

,

где МР – момент сопротивления в резьбе; F0 – осевое усилие (усилие затяжки резьбы); Р – шаг резьбы; d2 – средний диаметр резьбы.

Расчет коэффициента трения f производился по формуле:

f = F / 2F0,

где F – сила трения; F0 – сила нормального нагружения.

При определении влияния покрытий эпиламом на свойства пар трения металл-покрытие исследовались следующие виды фрикционных пар: болт с покрытием гальванической медью – гайка без покрытия; болт с гальваническим покрытием хромом – гайка без покрытия; болт с гальваническим покрытием кадмием – гайка без покрытия. Толщина покрытий составляла 3…5 мкм. Результаты определения коэффициентов трения в резьбе и коэффициентов трения фрикционной пары образцов с покрытием эпиламом в сравнении с другими смазочными материалами приведены в таблице 1. Результаты определения склонности резьбовых пар к схватыванию приведены в таблице 2. Результаты исследования фрикционных пар сталь-покрытие приведены в таблице 3.

Результаты определения эффективности применения покрытия эпиламом в уплотнениях из резины приведены в таблице 4. Эффективность Э эпиламирования рассчитывалась по формуле:

Э = FС / FЭ,

где FС – сила трения покоя соединения со смазкой; FЭ – сила трения покоя соединения с покрытием эпиламом.

Таблица 1 – Результаты определения коэффициентов трения в резьбе fp и

коэффициентов трения фрикционной пары f

Смазочный материал

Коэффициент трения,

в порядке возрастания

fp

f

1 Покрытие фторопластом-4МБ со смазкой ЦИАТИМ-221

0,039

0,034

2 Покрытие фторопластом-4МБ с покрытием эпиламом

и смазкой ЦИАТИМ-221

0,06

0,05

3 Покрытие фторопластом-4МБ с покрытием эпиламом

0,10

0,09

4 Покрытие фторопластом-4МБ

0,12

0,10

5 Болт из стали 07Х16Н6, гайка из бронзы БрАЖМц-10-3-1,5

0,20

0,17

6 Паста ВНИИ НП-232

0,23

0,20

7 Покрытие эпиламом

0,25÷0,35

0,24

8 Покрытие эпиламом с пастой ВНИИ НП-232

0,26

0,23

9 Покрытие эпиламом с маслами индустриальными И-12, И-20

0,29



10 Смазка ВНИИ НП-282

0,30

0,26

11 Масла индустриальные И-12, И-20

0,31

0,27

12 Смазка «Криогель»

0,33

0,29

13 Смазка ЦИАТИМ-221

0,35

0,30

14 Смазка ЦИАТИМ-203

0,36

0,32

15 Покрытие эпиламом со смазкой ЦИАТИМ-221

0,40÷0,47

0,35÷0,41

16 Без смазки (сухое трение)

0,43

0,37

17 Покрытие эпиламом со смазкой ВНИИ НП-282

0,45

0,39

18 Покрытие эпиламом со смазкой ЦИАТИМ-203

0,46

0,40

19 Покрытие эпиламом со смазкой «Криогель»

0,52

0,45



Таблица 2 - Результаты определения склонности резьбовых пар к схватыванию

Смазочный материал

Нагружение

Усилие затяжки,

кгс

Склонность

пары к

схватыванию

1 Покрытие фторопластом-4МБ со смазкой

ЦИАТИМ-221

плавное

2510

не склонна

2 Покрытие фторопластом-4МБ с покрытием

эпиламом и смазкой ЦИАТИМ-221

плавное

2090

не склонна

3 Покрытие фторопластом-4МБ с покрытием

эпиламом

плавное

1720

не склонна

4 Покрытие фторопластом-4МБ

плавное

1700

не склонна

5 Болт из стали 07Х16Н6, гайка из бронзы

БрАЖМц-10-3-1,5

плавное

1060

не склонна

6 Покрытие эпиламом с пастой ВНИИ НП-232

плавное

907

не склонна

7 Покрытие эпиламом

плавное

800

не склонна

8 Покрытие эпиламом со смазкой «Криогель»

плавное

508

не склонна

9 Смазка «Криогель»

прерывистое

540

склонна

10 Покрытие эпиламом с маслами

индустриальными И-12, И20

прерывистое

400÷500

склонна

11 Покрытие ВНИИ НП-232

прерывистое

380

склонна

12 Покрытие эпиламом со смазкой ЦИАТИМ-221

прерывистое

300÷340

склонна

13 Смазка ВНИИ НП-282

прерывистое

280÷290

склонна

14 Покрытие эпиламом со смазкой

ВНИИ НП-282

прерывистое

280÷290

склонна

15Смазка ЦИАТИМ-221

прерывистое

250

склонна

16 Покрытие эпиламом со смазкой ЦИАТИМ-203

прерывистое

200

склонна

17 Смазка ЦИАТИМ-203

прерывистое

170

склонна

18 Без смазки (сухое трение)

прерывистое

< 100

склонна

Таблица 3 – Результаты исследования фрикционных пар сталь-покрытие

Вид фрикционной пары

fp

f

Склонность

пары к

схватыванию

Болт с покрытием медью – гайка с покрытием эпиламом

0,32

0,28

не склонна

Болт с покрытием медью и эпиламом – гайка без покрытия

0,195

0,17

не склонна

Болт с покрытием медью – гайка без покрытия

0,334

0,29

не склонна

Болт с покрытием хромом – гайка с покрытием эпиламом

0,48

0,42

не склонна

Болт с покрытием хромом и эпиламом – гайка без покрытия

0,33

0,28

не склонна

Болт с покрытием хромом – гайка без покрытия

0,51

0,44

склонна

Болт с покрытием кадмием – гайка с покрытием эпиламом

0,24

0,212

не склонна

Болт с покрытием кадмием и эпиламом – гайка без покрытия

0,20

0,18

не склонна

Болт с покрытием кадмием – гайка без покрытия

0,28

0,24

не склонна


Таблица 4 - Результаты определения эффективности применения покрытия

эпиламом в уплотнениях из резины

Материал корпуса, смазочный материал

Сила трения

покоя, кгс

«Стоп-эффект», кгс

Э

Корпус – сталь 12Х13, смазка ЦИАТИМ-221

9,5

8

1,9

Корпус – сталь 12Х13 с покрытием эпиламом

5

1,5

Корпус – сталь 07Х16Н6, смазка ЦИАТИМ-221

11,5

9

1,8

Корпус – сталь 07Х16Н6, покрытие эпиламом

6,5

1,5

Корпус – сталь 12Х18Н10Т, смазка ЦИАТИМ-221

8

7,5

2,0

Корпус – сталь 12Х18Н10Т, покрытие эпиламом

4

1

Корпус – сплав Д16Т, смазка ЦИАТИМ-221

12,2

9

1,8

Корпус – сплав Д16Т, покрытие эпиламом

6,8

4


Анализ таблиц 1 и 2 свидетельствует о том, что покрытие эпиламом снижает коэффициент трения стальных образцов ≈ в 1,5 раза и полностью исключает склонность стали к схватыванию. Следует отметить неудовлетворительную совместимость покрытий эпиламом с некоторыми смазочными материалами. Наиболее сильное влияние покрытия эпиламом оказывают на ухудшение антифрикционных свойств консистентных смазок и смазок со специальными наполнителями. К ним относятся смазки «Криогель», ВНИИ НП – 282, ЦИАТИМ-221, ЦИАТИМ-203. Оптимальным является двух-четырехслойное покрытие эпиламом с последующей термофиксацией при 150 ºС в течение 1,5 ч. Уменьшение или увеличение количества слоев покрытия, а также эпиламирование без термофиксации или термофиксация покрытий при температуре 300 ºС приводит к снижению антифрикционных свойств (в таблице не показано).

При исследовании антифрикционных свойств резьбовых пар из стальных деталей в сочетании с деталями из меди, бронзы марки БрАЖМц-10-3-1,5 или покрытиями из меди, хрома и кадмия был обнаружен «эффект подложки», заключающийся в том, что коэффициент трения трущейся пары зависел от вида эпиламируемой металлической поверхности. Наибольший эффект по снижению коэффициента трения наблюдался на эпиламированной меди или медном покрытии в паре со сталью (снижение коэффициента трения ≈ в 1,8 раза), наименьший эффект – на эпиламированной стали в паре с медью, бронзой или медным покрытием (коэффициент трения практически не снижался).

При исследовании свойств фрикционных пар сталь-покрытие (таблица 3) установлено, что наличие покрытия эпиламом между деталями фрикционной пары не является определяющим в обеспечении антифрикционных свойств пары трения. Наименьшим коэффициентом трения обладают фрикционные пары с эпиламированным покрытием. Это явление называется «эффектом подложки». Следует отметить, что все фрикционные пары, за исключением пары болт с покрытием хромом – гайка без покрытия, не склонны к схватыванию.

Данные исследований (таблица 4) по применению покрытий эпиламом в уплотнениях из резины показывают, что эпиламирование уплотняемых поверхностей эффективно уменьшает силу трения покоя в подвижных резиновых уплотнениях.

В настоящее время проводятся аналогичные исследования эпиламирующих покрытий марки «Полизам-05».

Результаты исследования защитных свойств покрытий эпиламом позволили применить их для защиты от коррозии ответственных деталей производственного оборудования. Антикоррозионной обработке подвергнуты направляющие шести токарных станков с ЧПУ, на которых были обнаружены продукты коррозии. Состояние рабочих поверхностей направляющих после антикоррозионной обработки удовлетворительное. Коррозионные поражения отсутствуют. Антикоррозионная обработка не ухудшает эксплуатационных характеристик деталей и станка в целом. Преимущества этих покрытий перед традиционными методами антикоррозионной защиты: сохранение внешнего вида, механических свойств, шероховатости и геометрических размеров обработанных деталей, а также отсутствие влияния на рабочие характеристики оборудования (точность позиционирования).

Также параллельно с исследованиями эпиламирующих покрытий ведутся работы по применению в изделиях РКТ и оборудовании предприятия современных уплотняющих элементов из фторопреновых каучуков – объединяет химические свойства фторопласта и эластичность каучука, эластомеров – витона или силикона с фторопластовым покрытием и других с целью замены стандартно применяемых резиновых уплотнений. Эти материалы обладают низким коэффициентом трения, высокой изностойкостью, термостойкостью, стойкостью к агрессивным средам, работают при высоких скоростях и давлениях.


Литература

1. Пат. 2411488 Российская Федерация, МПК C2 G 01N 3/00. Устройство для определения физико-механических свойств материалов и изделий [Текст] / Изволенский Е. В., Дербенев Л.. В., Челышев Р. А., заявитель и патентообладатель ФГУП «ГКНПЦ им. М. В. Хруничева». - № 2009114578/28, заявл. 20.04.2009, опубл. 10.02.2011, бюл, № 4.

2. Пат. 2265810 Российская Федерация. Устройство для определения параметров затяжки резьбовых соединений [Текст] / Воробей В.Н., Изволенский Е.В., Юрченко Ю.В., Поддерегин А.В., заявитель и патентообладатель ФГУП «ГКНПЦ им. М. В. Хруничева».

3. Покрытия порошковые на основе фторопласта-4МБ ТУ 2213-001-07519337 – 2005.

4. И.А. Биргер, Г.Б. Иосилевич. Резьбовые и фланцевые соединения. – М.: Машиностроение, 1990. – 368 с.

5. Дербенев, Л. В. Исследование эффективности применения фторсодержащих покрытий в подвижных и неподвижных соединениях агрегатов пневмогидравлических систем [Текст] / Л. В. Дербенёв, Т. В. Рассолов, А. В. Волгин, Е. В. Изволенский, Ю. В. Юрченко, Р. А. Челышев, С. М. Гайдар // Труды XXXIII Академических чтений по космонавтике «Актуальные проблемы российской космонавтики», 26-30 января 2009г. – М.: Комиссия РАН по разработке научного наследия пионеров освоения космического пространства, 2009. – С. 280-281.



Похожие:

Исследование антифрикционных и защитных свойств покрытий на основе фторсодержащих поверхностно-активных веществ icon«Исследование коррозионной устойчивости различных металлов и защитных покрытий, применяемых в радиоэлектронике»
Цель работы: исследование коррозионной устойчивости некоторых металлов, применяемых в радиоэлектронике, а также защитных покрытий,...
Исследование антифрикционных и защитных свойств покрытий на основе фторсодержащих поверхностно-активных веществ iconТворческая работа на тему: «исследование методов нанесения защитных покрытий деталей»
Защитные покрытия широко применяются в промыш­ленности, и их использование дает большой экономи­ческий эффект. Поэтому методы их...
Исследование антифрикционных и защитных свойств покрытий на основе фторсодержащих поверхностно-активных веществ iconТехнологическое обеспечение долговечности деталей машин на основе упрочняющей обработки с одновременным нанесением антифрикционных покрытий
...
Исследование антифрикционных и защитных свойств покрытий на основе фторсодержащих поверхностно-активных веществ iconСправочник по электрохимическим и электрофизическим методам обработки. Л., 1988. Сулима, А. М
Технологическое обеспечение эксплуатационных характеристик направляющих скольжения формированием антифрикционных покрытий гибким...
Исследование антифрикционных и защитных свойств покрытий на основе фторсодержащих поверхностно-активных веществ iconПрограмма спецкурса методы исследования поверхностных свойств наноструктурированных покрытий
Спецкурс посвящён изложению основ сканирующей зондовой микроскопии, методов определения механических свойств наноструктурированных...
Исследование антифрикционных и защитных свойств покрытий на основе фторсодержащих поверхностно-активных веществ iconРазработка и исследование
Развитие способа и оборудования для упрочнения сложнопрофильных деталей машин поверхностно-пластическим деформированием
Исследование антифрикционных и защитных свойств покрытий на основе фторсодержащих поверхностно-активных веществ iconИсследование групповых защитных механизмов
А. Г. Маклаков. Личностный адаптационный потенциал: его мобилизация и прогнозирование в экстремальных условиях
Исследование антифрикционных и защитных свойств покрытий на основе фторсодержащих поверхностно-активных веществ iconИсследование свойств фанеры
Представлены результаты исследования физико-механических свойств фанеры, изготовленной с применением лущеного соснового шпона. Получены...
Исследование антифрикционных и защитных свойств покрытий на основе фторсодержащих поверхностно-активных веществ iconП приложение
Знакомство с образцами простых и сложных веществ. Изучение их физических свойств
Исследование антифрикционных и защитных свойств покрытий на основе фторсодержащих поверхностно-активных веществ iconВлияние гидролизованной молочной сыворотки на
Актуальным для хлебопечения является исследование свойств пробиотической закваски на основе высокоактивного штамма L. acidophilus...
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib2.znate.ru 2012
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница