Применение трибомеханических методов активации порошковой смеси компонентов системы W/Cu/Ni в технологии формирования реновационных слоев на поверхностях подвижных сопряжений. Анализ основных химических превращений в процессе механохимического синтеза.
Аннотация к работе
ОСОБЕННОСТИ МЕХАНОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ФОРМИРОВАНИЯ РЕНОВАЦИОННЫХ СЛОЕВ ИЗ ПОРОШКОВОЙ СМЕСИ W/Cu/Ni В ТРИБОСОПРЯЖЕНИИ Рассмотрены вопросы применения трибомеханических методов активации порошковой смеси компонентов системы W/Cu/Ni в технологии формирования реновационных слоев на поверхностях подвижных сопряжений. Проанализированы химические превращения в процессе механохимического синтеза реновационных слоев на стадии приработки поверхностей сопряжения.В последние годы широкое распространение получают технологии твердофазного синтеза структурированных наноматериалов, обладающих уникальным сочетанием физико-механических и эксплуатационных свойств, которые позволяют их применение в качестве многофункциональных материалов и износостойких покрытий. Одним из примеров объемных материалов могут служить специальные композиты на основе W/Cu/Ni, полученных методом механохимической активации порошковой смеси с последующим прессованием и спеканием [1]. Удобный в технологическом отношении прием, позволяющий реализовать импульсный подвод механической энергии активации к порошковым смесям, является их диспергирование в планетарном реакторе-активаторе [2]. Механическая активация при трении включает специфические поверхностные механизмы, когда локальный разогрев может быть не только результатом трения частиц, но и результатом неоднородной пластической деформации как в объеме частиц порошковой смеси, так и в микрообъемах поверхностей трибосопряжения. В твердофазных реакциях наряду с образованием активных центров большое значение имеют пластические свойства веществ компонентов системы и скорости реакций определяются в основном пластической деформацией твердых частиц порошковой смеси [4].Локализация в тонких подповерхностных слоях трибосопряжения и замкнутом межплоскостном пространстве трибоконтакта процессов диспергирования, активации и механохимических реакций с участием порошковой смеси, протекающих одновременно в течение короткоживущих состояний, выделяет механохимические твердофазные реакции по эффективности в ряд наиболее перспективных в технологии формирования реновационных слоев и специальных покрытий элементов подвижных сопряжений. На данном этапе порошковая смесь выполняет с одной стороны функцию абразива, с другой стороны диспергируется в пределах допустимого размера частиц, определяемого интенсивностью подводимой механической энергии. Для достижения максимально возможной плотности и облегчения синтеза компонентов системы в сплав, обладающий максимальным соотношением твердости к модулю упругости за основу принята концепция сформулированная в работе [1]: применительно к объемным материалам наличие прослоек из легкоплавкого соединения (температура плавления меди 1057°С), не растворяющегося в вольфраме, облегчает подвижность вольфрама в термонапряженном состоянии системы; никель обеспечивает связь между фазами вольфрама и меди, с одной стороны способствуя активации спекания вольфрама, а с другой растворяется как в вольфраме, так и в меди, образуя неограниченный раствор. Определение условий диспергирования закаленных сталей компонентов системы W/Cu/Ni между поверхностями твердостью НВ 300-600, трибосопряжения: 1 - Cu; 2 - Ni; 3 - W; А - область без которые используются в разушения частиц компонентов смеси; Б - область сопряжениях подшипников диспергирования частиц; I - упругий контакт; II - качения и скольжения. пластический контакт; III - микрорезание Вероятность разрушения твердых частиц W при трении задавалась условием перехода к микрорезанию h/R (где h - величина внедрения и R - радиус сферической частицы), которое осуществляется при таких же нагрузках как и хрупкое дробление (рис.1). Дифрактограммы системы W80Cu20 показывают уширение линий вольфрама и меди после различной интенсивности трибомеханического воздействия, а при интенсивности выше 40 Вт/г в спектрах появляются линии фазы железа.
План
Основное содержание и результаты работы.
Введение
В последние годы широкое распространение получают технологии твердофазного синтеза структурированных наноматериалов, обладающих уникальным сочетанием физико-механических и эксплуатационных свойств, которые позволяют их применение в качестве многофункциональных материалов и износостойких покрытий.
Одним из примеров объемных материалов могут служить специальные композиты на основе W/Cu/Ni, полученных методом механохимической активации порошковой смеси с последующим прессованием и спеканием [1]. Удобный в технологическом отношении прием, позволяющий реализовать импульсный подвод механической энергии активации к порошковым смесям, является их диспергирование в планетарном реакторе-активаторе [2].
Трибомеханическая обработка порошковой смеси компонентов широкого ассортимента сопровождается образованием дефектов различного типа, что активизирует подвижность элементов структуры и позволяет значительно снизить температуру синтеза наноструктурированных композиционных материалов [3]. Механическая активация при трении включает специфические поверхностные механизмы, когда локальный разогрев может быть не только результатом трения частиц, но и результатом неоднородной пластической деформации как в объеме частиц порошковой смеси, так и в микрообъемах поверхностей трибосопряжения. В твердофазных реакциях наряду с образованием активных центров большое значение имеют пластические свойства веществ компонентов системы и скорости реакций определяются в основном пластической деформацией твердых частиц порошковой смеси [4].
Размер частиц компонентов порошковой смеси заметно влияет на химическую активность контактной массы [5]. В случае крупной дисперсности частиц реакционная способность порошковой смеси ниже требуемой для формирования сплошного функционального покрытия [5]. При тонком субмикроскопическом диспергировании частиц смеси реакционная способность резко повышается и часто требует интенсивного отвода тепла из зоны реакции [6]. В большинстве случаев структурные параметры и реакционная способность при трибомеханическом воздействии
ISSN 2073-3216 Прогресивні технології і системи машинобудування № 3(49)-4(50)’2014
изменяются аналогичным образом. Ускорение реакции и снижение температуры синтеза объясняется образованием молекулярно-плотного контакта между частицами различного уровня наслоения компонентов смеси как результат их пластического течения под влиянием активации и диспергирования [7]. Процесс дефектообразования, происходящий в течение трибомеханической активации, усиливается при переходе от хрупкого разрушения к стадии пластического течения твердых частиц компонентов смеси [6]. Одним из главных факторов, влияющим на формирование наноструктурированного подслоя зарождающегося реновационного слоя роста, является исходный параметр микрогеометрии поверхностей сопряжения и начальные условия диффузии компонентов реакционной смеси в подповерхностный объем материалов подвижного сопряжения [7]. Без учета влияния продуктов износа поверхностей трибоконтакта и изменения химического состава компонентов порошковой смеси не возможно идентифицировать селективную роль каждого реагента порошковой смеси в сложном механохимическом механизме формирования реновационных слоев, особенно на стадии приработки поверхностей трения. В работе ставится задача с помощью модельной системы W/Cu/Ni, диспергируемой в зоне трибоконтакта из исходного состояния микропорошков порядка ~ 1,0 мкм, оценить роль продуктов износа и микрогеометрии поверхностей трения на формирование порождающего подслоя реновационных слоев.
Список литературы
1. Стрелецкий А.Н. Механохимическая активация и спекание вольфрама и его смесей с медью и никелем / А.Н. Стрелецкий, В.К. Портнов, А.В. Леонов и др. // Химия в интересах устойчивого развития, №10, 2002.-С.245-254.
2. Аввакумов Е.Г. Механические методы активации химических процессов. Новосибирск: Наука, 1986.- 303с.
203
ISSN 2073-3216 Прогресивні технології і системи машинобудування № 3(49)-4(50)’2014
4. Бутягин П.Ю. Разупорядочение структуры и механохимические реакции в твердых телах. // Успехи химии, 1984, т.53, №11.-С.1769.
5. Хайнике Г. Трибохимия. М.:Мир, 1987.-584с.
6. Ткаченко Э.А. Самоорганизация механической активации и механохимических твердофазных реакций геомодификаторов трения в подвижных сопряжениях // Прогрессивные технологии и системы машиностроения. ДОННТУ, 2014, вып. 1(47).-С.
7. Ткаченко Э.А. Восстановительная технология размерного износа подвижных сопряжений в среде геомодификаторов трения / Э.А. Ткаченко, В.Г. Гришин, К.Э. Ткаченко // Теория и практика металлургии. 2012, №4(87).- С.53-59.
8. Ткаченко Э.А. Нанотехнология компенсации размерного износа подвижных сопряжений элементов машин. / Э.А. Ткаченко, Д.А. Кононов // Прогрессивные технологии и системы машиностроения. ДОННТУ, 2012, вып. 1, 2(44).-С.255-263.
ОСОБЛИВОСТІ МЕХАНОХІМІЧНИХ ПРОЦЕСІВ ФОРМУВАННЯ РЕНОВАЦІЙНИХ ШАРІВ З ПОРОШКОВОЇ СУМІШІ W/CU/NI В ТРІБОСПРЯЖЕННІ
Розглянуті питання застосування трібомеханічних методів активації порошкової суміші компонентів системи W/Cu/Ni в технології формування реноваційних шарів на поверхнях рухливих сполучень. Проаналізовані хімічні перетворення в процесі механохімічного синтезу реновіційних шарів на стадії прироблення поверхонь сполучення. Встановлені допустимі і граничні розміри часток, що диспергують, які забезпечують ефективніумови формування зносостійких покриттів.
FEATURES OF MECHANO-CHEMICAL OF PROCESSES OF FORMING OF RENOVATION OF LAYERS FROM POWDER-LIKE MIXTURE OF W/CU/NI IN TRIBOCONJUGATION
The questions of application of tribomechanical methods of activating of powder-like mixture of components of the system W/Cu/Ni are considered in technology of forming of renovation layers on the surfaces of movable interfaces. Chemical transformations are analysed in the process of mechano-chemical synthesis of renovation layers on the stage of earning extra money of surfaces of interface. The possible and maximum sizes of the dispergated particles, providing the effective terms of forming of wearproof coverages, are set.