Исследование триботехнических характеристик перспективных износостойких плазменных покрытий при трении скольжения без смазки

Одним из передовых методов создания износостойких покрытий является газотермическое напыление, но, несмотря на его широкое применение в промышленности, отсутствует полная информация о механизмах трения и износа газотермических покрытий. Попытка прогнозирования эксплуатационных характеристик таких покрытий на основе существующих данных о трении и износе обычно приводит к отрицательному результату. В работе исследованы характеристики трения и изнашивания четырех плазменных покрытий (Cr3C2 —25%NiCr, Mo-Mo2C, Al2O3 — 40 %TiO2, Сu — 9,5%Al-1%Fe) по схеме пальчик-диск без смазки. Результаты триботехнических характеристик коррелировались с микроструктурой и микромеханическими свойствами покрытий. Покрытия Cr3C2—25%NiCr, Сu — 9,5%Al-1%Fe показали высокую износостойкость при достаточно низкой микротвердости. Проведенные испытания не выявили износ покрытия Cr3C2—25%NiCr в паре с контртелом из сплава БрАЖНМц9-4-4-1. Экспериментально установлено, что триботехнические свойства плазменных покрытий сильно зависят от их микроструктуры, включений, внутренних остаточных напряжений и когезионной прочности. Покрытие Al2O3—40%TiO2 демонстрирует малую интенсивность изнашивания и низкий коэффициент трения в паре с контртелом из БрАЖНМц9-4-4-1. Дорожка износа оксидного покрытия состоит из пластически деформированных частиц покрытия и продуктов износа контртела. Проведенные испытания доказали, что разработанные покрытия из композиционных порошковых материалов обладают высокой износостойкостью и могут использоваться в качестве защитных покрытий ответственных деталей.

Литература

[1] Mohanty M., Smith R.W., De Bonte M., Celis J.P., Lugsch E. Sliding wear behavior of thermally Sprayed 75/25 Cr3C2/NiCr wear resistant coatings. Wear, 1996, vol. 198, issue 1–2, pр. 251—266.

[2] Ko P.L., Robertson M.F. Wear characteristics of electrolytic hard chrome and thermal sprayed WC—10%Co—4%Cr coatings sliding against Al—Ni—Bronze in air at 21 °C and at –40 °C. Wear, 2002, vol. 252, pр. 880—893.

[3] Rastegar F., Richardson D.E. Alternative to chrome: HVOF cermet coatings for high horse power diesel engines. Surf. Coat. Technol, 1997, vol. 90, pр. 156—193.

[4] Bolel l i G. , Bonferroni B., Laurila J., Lusvarghi L. Micromechanical properties and sliding wear behavior of HVOF-sprayed Fe-based alloy coatings. Wear, 2012, vol. 276—277, pр. 29—47.

[5] Saharoui T., Fenineche N., Montavon G., Coddet C. Alternative to chromium: characteristics and wear behaviour of HVOF coatings for gas turbine shafts repair (heavy-duty). Mater. Process. Technol, 2004, vol. 152, pр. 43—55.

[6] Балдаев Л.Х. Реновация и упрочнение деталей машин методами газотермического напыления. Москва, Изд-во «КХТ», 2004, 134 с.

[7] Dorfman M. Thermal spray materials. Adv. Mater. Process, 2002, vol. 160, pр. 49—51.

[8] Unger R.H. Arc sprayed nickel-aluminium. Proceeding of the third National Thermal Spray Conference. Cincinnati, USA, 1998, pр. 321—324.

[9] Johnson B.J., Kennedy F.E., Baker I. Dry sliding wear of NiAl. Wear, 1996, vol. 192, pр. 241—247.

[10] Prchlik L., Gutleber J., Sampath S. Deposition and properties of high-velocity-oxygen-fuel and plasma-sprayed Mo-Mo2C composite coatings. Thermal Spray Technol, 2001, vol. 10, issue 4, pр. 643—655.

[11] Prudenzianti M., Gazzadi G.C., Medici M., Dalbagni G., Caliari M. Cr3C2-NiCr HVOF-Sprayed Coatings: Microstructure and properties versus powder characteristics and process parameters. Thermal Spray Technol, 2010, vol. 19, issue 3, pр. 541—550.

[12] Fervel V., Normand B., Coddet C. Tribological behavior of plasma sprayed Al2O3 -based cermet coatings. Wear, 1999, vol. 230, issue 1, pр. 70–77.

[13] Cao X.Q., Vassen R., Stoever D. Ceramic materials for thermal barrier coatings. J. of the Eur. Cerm. Society, 2004, vol. 24, issue 1, pр. 1—10.

[14] Sure J., Shankar A.R., Mugali U.K. Surface modification of plasma sprayed Al2O3—40 wt%TiO2 coatings by pulsed Nd:YAG laser melting. Optics &LaserTech, 2013, vol. 48, рp. 366—374.

[15] Nieminen R., Vuoristo P., Niemi K., Mantyla T., Barbezat G. Rolling contact fatigue failure mechanisms in plasma and HVOF-sprayed WC—Co coatings. Wear, 1997, vol. 212, pр. 66—77.

[16] Shipway P.H., Howell L. Microscale abrasion-corrosion behaviour of WC—Co hard metals and HVOF sprayed coatings. Wear, 2005, vol. 258, pр. 303—312.

[17] Prchlik L., Sampath S., Gutleber J., Bancke G., Ruff A.W. Friction and wear properties of WC—Co and Mo—Mo2C based functionally graded materials. Wear, 2001, vol. 249, issue 12, pр. 1103—1115.

[18] Lima R.S., Marple B.R. Optimized HVOF titania coatings. Thermal Spray Technol, 2003, vol. 12, pр. 360—369.

[19] Liu Y., Fisher T.E., Dent A. Comparison of HVOF and plasma-sprayed alumina/titania coatings-microstructure, mechanical properties and abrasion Behavior. Surf. Coat. Technol, 2003, vol. 167, pр. 68—76.

[20] Xie Y., Hawthorne H.M. Wear mechanism of plasma-sprayed alumina coating in sliding contacts with harder asperities. Wear, 1999, vol. 225—229, pр. 90—103.

[21] Fernandez J.E., Rodriguez R., Wang Y., Vijande R., Rincon A. Sliding wear of a plasma-sprayed Al2O3 coating. Wear, 1995, vol. 181—183, pр. 417—425.

[22] Erickson L.C., Hawthorne H.M., Troczynski T. Correlations between microstructural parameters, micromechanical properties and wear resistance of plasma-sprayed ceramic coatings. Wear, 2001, vol. 250, part 1, pр. 569—575.

[23] Kato K., Adachi K. Wear of advanced ceramics. Wear, 2002, vol. 253, pр. 1097—1104.

[24] Adachi K., Kato K., Chen N. Wear map of ceramics. Wear, 1997, vol. 203—204, pр. 291—301.

[25] Hsu S.M., Shen M. Wear prediction of ceramics. Wear, 2004, vol. 256, pр. 867—878.

[26] Sulzer-Metco [Электронный ресурс]. http://www. sulzermetco. com (дата обращения 15 августа 2013 г.).

[27] Oliver W.C., Pharr G.M. Improved technique for determining hardness and elastic modulus using load and displacement sensing indentation experiments. J. Mater. Res, 1992, vol. 7, pр. 1564—1580.