«ПОВЫШЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ДЕТАЛЕЙ МАШИН МИКРОДУГОВЫМ ОКСИДИРОВАНИЕМ С ПОСЛЕДУЮЩИМ МОДИФИЦИРОВАНИЕМ ПОКРЫТИЯ ...»

Таблица 3.2 – Матрица планирования эксперимента опыта покрытия, Х1 вторичной обработки, Х2 Na2SiO3, Х Расчётный критерий GP сравнивали с его табличным значением GТАБЛ, которые были определены в соответствии со степенями свободы: числителя f1 n 1, знаменателя f 2 N при выбранном уровне значимости 0,05 [20].

Если GP GТАБЛ, то гипотеза об однородности дисперсий параллельных опытов принимается и затем рассчитывается дисперсия воспроизводимости [20]:

Определение ошибки эксперимента проводили по формуле:

использованием зависимостей [2, 20]:

С помощью t-критерия (критерия Стьюдента) осуществлялась проверка статистической значимости коэффициентов уравнения (3.4) [20, 23]:

где b0, bi, bij, bijk – коэффициенты уравнения регрессии;

регрессии.

Значения t-критериев, вычисленные по формулам (3.11), сравнивали с их табличными значениями. Их определение осуществляли с учётом числа степеней свободы f3 N (n 1) и уровня значимости 0,05. Статистически значимыми коэффициенты уравнения регрессии считали в том случае, если расчётное значение t-критерия выше его табличного значения [20, 23]. Если один из коэффициентов уравнения регрессии оказывался статистически незначимым, то он не учитывался без пересчёта остальных коэффициентов.

Затем уравнение (3.4) представляли как уравнение регрессии с факторами и их взаимодействиями, которые имеют только значимые коэффициенты.

Оценку адекватности модели проводили при помощи F-критерия (критерия Фишера) [2, 20, 23]:

где S АД – дисперсия адекватности.

где – количество значимых коэффициентов уравнения регрессии;

yUP – расчётное значение параметра оптимизации, который получен с использованием уравнения регрессии.

Критерий FP сравнивали с его табличным значением FТАБЛ, которое выбрали в соответствии с принятым уровнем значимости 0,05 и числом степеней свободы f АД N, f Е N (n 1). Если FP FТАБЛ, то гипотеза об адекватности модели принималась [2, 12, 20, 23]. Затем, полученная модель подвергалась дальнейшему анализу.

3.10 Сравнительная износостойкость подвижных соединений Исследование сравнительной износостойкости поверхностей образцов проводили по ГОСТ 23.224 на машине трения МТУ-01 (ТУ 4271-001Рисунок 3.9), Способ испытаний предопределяет взаимное перемещение прижатых друг к другу испытуемых образцов. Перемещение происходит в смазочном материале под определенной нагрузкой. Схема контакта (Рисунок 3.10): торцы трех вращающихся роликов (контробразцы) и неподвижного диска (образца с МДО-покрытием).

Испытывались следующие подвижные соединения: «сталь 40Х – МДОпокрытие», «сталь 40Х – МДО-покрытие модифицированное CuO».

Рисунок 3.9 – Общий вид машины трения универсальной МТУ-01: 1 – ПК; 2 – предварительный усилитель и модуль АЦП; 3 – тензодатчик; 4 – испытуемое соединение Рисунок 3.10 – Схема контакта образцов, испытуемых на машине трения МТУ-01: 1 – оправка для контробразцов; 2 – контробразец; 3 – образец Материал для изготовления контробразцов - сталь 40Х ГОСТ 4543, твердостью HRC 50…55 и шероховатостью рабочей поверхности Ra=0, мкм (Рисунок 3.10, поз. 2).

Материал для изготовления образцов (Рисунок 3.10, поз. 3) - сплав АК7ч. Формирование оксидокерамических покрытий способом МДО осуществляли на торцевой поверхности образцов, затем их шлифовали до удаления рыхлого слоя и шероховатости Ra=0,32…0,63 мкм. Пористость МДО-покрытий изменяли, варьируя температурой электролита. Затем на поверхность МДО-покрытия с пористостью 12% наносили раствор-носитель и высушивали его. Затем, используя способ дугового электрофореза, частицы нанопорошка CuO включали в состав МДО-покрытий. Выбор материалов основывался на том, что они широко применяются для изготовления деталей гидроцилиндров, а также различных корпусных и других деталей сельскохозяйственной техники. В дальнейшем, для чистоты эксперимента материал для изготовления образцов не изменяли.

Исследования проводили следующим образом. В начале проводили приработку испытуемых соединений, при постепенном изменении нагрузки от 20 до 200 Н с интервалом 20 Н. Окончание приработки фиксировали по стабилизации силы трения в зоне контакта образца с контробразцами.

Контроль силы трения осуществляли при помощи тензодатчика (Рисунок 3.9, поз. 3). Приработку проводили с использованием масла индустриального - ГОСТ 20779.

Испытание образцов на изнашивание длилось 50 ч, при этом контактное давление составляло 2 МПа, а скорость скольжения 1,0 м/с, данные параметры выбраны в соответствии с ГОСТ 16514. Испытания проводили в смазочной среде - масло индустриальное – 20 по ГОСТ 20779.

Суммарный износ образцов и контробразцов по массе определяли взвешиванием на лабораторных весах Setra E-500 (Рисунок 3.11), с погрешностью не более 0,002 г.

Рисунок 3.11 – Общий вид лабораторных весов Setra E- Перед взвешиванием на весах образец и контробразцы (Рисунок 3. позиции а и б соответственно) тщательно промывали в течение 15 минут в бензоле, после этого высушивали в течение 40 минут в сушильном шкафу СНОЛ-16, при этом температура воздуха в нем составляла 60…70°С. Затем их охлаждали в течение 30 мин в эксикаторе. Контроль износ осуществляли через каждые 10 часов проведенных испытаний. За эталон сравнения принималось подвижное соединение «сталь 40Х – МДО-покрытие».

Рисунок 3.12 – Общий вид образца (а) и контробразца (б) для исследования подвижных соединений Скорость изнашивания подвижного соединения определяли исходя из формулы:

где ИК – износ контртела, мг;

Т – продолжительность испытаний, ч.

Износостойкость подвижного соединения вычисляли по формуле:

3.11 Проведение эксплуатационных испытаний Цель эксплуатационных испытаний состояла в сравнительной оценке износостойкости подвижных соединений: корпус гидроцилиндра - поршень, рабочая поверхность которого имела МДО-покрытие, модифицированное частицами нанопорошка CuO, в сравнении с аналогичными серийными изделиями.

Условия испытаний соответствовали рядовой эксплуатации. Режимы нагрузки и скорости взаимодействия рабочих поверхностей, а также рабочие жидкости соответствовали рекомендациям заводов производителей гидроцилиндров, а также ГОСТ 16514 и ГОСТ 18464. Для получения достоверных данных на испытания были установлены двенадцать экспериментальных деталей. Контроль количества рабочих ходов гидроцилиндров осуществлялся при помощи бесконтактных датчиков СМ и регистратора РМ-2201.

Износ зеркала цилиндра в ходе проведения испытаний определяли с помощью индикаторного нутромера ГОСТ 9244, а износ ответных рабочих поверхностей - поршней гидроцилиндров определяли микрометром ГОСТ 4381. Выбор плоскостей измерения осуществляли в соответствии с ГОСТ 18509.

3.12 Выводы 1. Разработана программа научных исследований, которая предусматривает последовательность решения сформулированных в главе задач, связанных с экспериментальными исследованиями.

2. Представлены приборы и оборудование для проводимых экспериментальных научных исследований и методики их проведения.

4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И

ИХ АНАЛИЗ

4.1 Микродуговое оксидирование алюминиевого сплава АК7ч (первичная обработка) Толщина МДО-покрытий является их важнейшей характеристикой, напрямую влияющей на износостойкость восстановленных и упрочнённых деталей. Вместе с тем в электролите типа «КОН-Na2SiO3» МДО-покрытие, относительно действительного размера детали, формируется не только внутрь оксидируемого сплава (внутренний упрочнённый слой), но и наружу (внешний упрочнённый слой). Это позволяет компенсировать её износ. В связи с этим представляется целесообразным рассматривать влияние режимов МДО (плотности тока, продолжительности оксидирования и температуры электролита) на изменение толщины внешнего упрочнённого слоя МДО-покрытия, который должен компенсировать износ одной из деталей в подвижном соединении.

Из литературных источников [36, 56, 119] известно, что наиболее рациональная плотность тока, позволяющая формировать МДО-покрытия с большой скоростью и значительной толщиной в электролите типа «КОНNa2SiO3», составляет 25 А/дм2. При её уменьшении мощность и, соответственно, температура МДР на единице площади оксидируемого алюминиевого сплава снижаются, что приводит к снижению толщины и скорости формирования МДО-покрытия, главным образом, его внешнего упрочнённого слоя. С увеличением плотности тока до 30 А/дм2 и более, уже после 20…30 мин. оксидирования МДР сменяются мощными дуговыми разрядами (ДР), которые начинают разрушать сформированное МДОпокрытие с образованием на его поверхности глубоких кратеров.

Необходимая продолжительность оксидирования должна составлять не менее 30 мин, так как в противном случае не обеспечиваются достаточная толщина и равномерность МДО-покрытия. Известно, что температура электролита при оксидировании должна находиться в интервале 15…60С, так как поддержание её ниже 15С достаточно сложно осуществить технически и нецелесообразно с экономических позиций [36, 56, 118].

Увеличение температуры электролита более 60С приводит к существенному снижению стабильности последнего и увеличивает его испарение при МДО [26, 64, 72, 96].

Исследования показали, что с увеличением температуры электролита, сквозная пористость МДО-покрытия возрастает (Рисунок 4.1). Полученная зависимость согласуется с данными других ученых, работающих в области получения и использования МДО-покрытий [26, 64, 73, 97].

Рисунок 4.1 Влияние температуры электролита t на сквозную пористость П МДО-покрытия при Дт=25 А/Дм2; Т=80 мин; СKOH=2 г/л;

СNa SiO =10 г/л Обоснование содержания химических компонентов в рассматриваемом электролите (при первичной обработке) представлено в главе 3.

Целесообразно использовать их следующее содержание: КОН=2 г/л, Na2SiO3=10 г/л. Плотность тока при МДО равна 25 А/дм2. При создании в модифицирования частицами нанопорошка CuO (Рисунок 4.1), температура электролита должна поддерживаться на уровне 40С. В этом случае сквозная пористость МДО-покрытия не превышает 12 %. Увеличение сквозной пористости упрочненного слоя выше этого значения может привести к потере несущей способности МДО-покрытия [36, 105]. Продолжительность оксидирования на данных режимах МДО и сплаве АК7ч, была определена экспериментальным путем. Она составила 80…90 мин. При большей продолжительности оксидирования МДР переходят в ДР, что отрицательно влияет на микротвердость и качество МДО-покрытия.

Таким образом по результатам проведенных литературных [40, 118] и собственных экспериментальных исследований при соотношении катодного и анодного токов IК/IА=1,0 рекомендуются следующие рациональные параметры МДО: содержание компонентов электролита, г/л: КОН -2, Na2SiO –10, остальное – вода дистиллированная; режимы МДО: плотность тока - А/дм2, продолжительность МДО – 80…85 мин. Для получения необходимой для вторичной обработки сквозной пористости МДО-покрытия температура электролита должна поддерживаться на уровне 400С. При использовании выше указанных рациональных параметров МДО необходимая для вторичной обработки сквозная пористость МДО-покрытия составит 12%.

Толщина внешнего упрочнённого слоя МДО-покрытия (после удаления технологического) составит 65…70 мкм (на сторону) при общей толщине упрочненного слоя 125 мкм. Микротвердость МДО-покрытия составит ГПа.

4.2 Приготовление раствора-носителя нанопорошка CuO В качестве связующего компонента раствора-носителя нами был выбран компонент электролита Na2SiO3. Исследования по выявлению оптимального состава раствора-носителя нанопорошка CuO показали, что высокое содержание связующего компонента негативно сказывается на микротвердости и качестве уже сформированного МДО-покрытия [34, 35, 42, 54, 56, 119]. Так как при вторичной обработке Na2SiO3 оказывается в большом количестве в зоне горения ИР, которые способствуют его кристаллизации и соединению с упрочненным слоем. В итоге образуется нежелательное соединение МДО-покрытия с кристаллами диоксида кремния микротвердость упрочненного слоя уменьшается на 15…30%.

Опытным путем установлено, что оптимальной концентрацией Na2SiO в растворе-носителе является соотношение 1/1 по массе от дистиллированной воды. При их меньшем соотношении раствор-носитель растекается по поверхности образца и не выполняет свою функцию по фиксации нанопорошка CuO на модифицируемой поверхности.

Кроме этого в роли фиксатора в растворе-носителе пробовали использовать крахмал. Однако он оказал негативное влияние на образование ИР. В работе [95] это объясняется тем, что крахмал замедляет их действие и делает более редкими и меньшей мощности.

Использование в растворе-носителе порошка CuO с фракцией 1…5 мкм при вторичной обработке дуговым электрофорезом не дало ожидаемых результатов. При вторичной обработке порошок не проникал в поры МДОпокрытия и практически полностью растворялся в электролите. Как было установлено в литературном обзоре (глава 1) это связано с размером пор в упрочненном слое.

В связи с этим было решено использовать нанопорошок CuO с фракцией 80…100 нм. Количество нанопорошка CuO в растворе-носителе определяли экспериментальным путем. Его оптимальное количество составило 160 г/л раствора (силикат натрия – дистиллированная вода). При меньшей концентрации нанопорошок распределяется неравномерно по МДОпокрытию. При превышении указанной концентрации он быстро оседает, и в растворе образуются комки, что при вторичной обработке оказывает негативное влияние на равномерное распределение нанопорошка CuO по поверхности МДО-покрытия.

Необходимая толщина наносимого раствора-носителя нанопорошка CuO перед вторичной обработкой МДО-покрытия составляет 60…80 мкм.

Большая толщина экономически нецелесообразна, так как избыток раствораносителя не оказывает существенного влияния на заполнение нанопорошком CuO пор в упрочненном слое. Он просто растворяется в электролите при вторичной обработке. Меньшая толщина технически сложно выполнима.

Способом отверждения раствора-носителя была выбрана сушка на открытом воздухе, при температуре 20…25С. При более быстром отверждении в образующейся пленке появляются трещины и сколы, что способствует частичному отслаиванию отвержденного раствора-носителя еще до начала вторичной обработки. Отсюда вытекает нецелесообразность применения ускоренной сушки раствора-носителя в печах и сушильных камерах. Продолжительность сушки раствора-носителя нанопорошка CuO должна составлять 30…50 мин. Данный интервал объясняется тем, что при меньшей продолжительности сушки раствор-носитель не имеет достаточной вязкости для удержания наночастиц CuO на МДО-покрытии, и при опускании образца в электролитическую ванну нанопорошок в течение мин. переходит в состав электролита. Если продолжительность сушки раствора-носителя CuO будет больше рекомендованного нами интервала, то Na2SiO3 полностью отвердеет, что негативно скажется на образовании ИР на поверхности МДО-покрытия при вторичной обработке за счет диэлектрическх свойств отвердевшего Na2SiO3.

4.3 Дуговой электрофорез МДО-покрытия (вторичная обработка) Целью вторичной обработки является расплавление ИР частиц нанопорошка CuO, находящегося на поверхности МДО-покрытия в отвержденном растворе-носителе, и включение их во внешний упрочненный слой в зонах сквозных и тупиковых пор. В связи с этим концентрация компонентов электролита для вторичной обработки МДО-покрытия должна быть существенно ниже, чем при первичной обработке. Опытным путем установлено, что целесообразно применять электролит со следующей концентрацией компонентов: КОН=0,5…1 г/л, а Na2SiO3=1…2 г/л. Такой выбор концентрации КОН объясняется тем, что это минимально необходимое содержание данного вещества в электролите для образования ИР. Большее его количество способствует более быстрому переходу в состав электролита раствора-носителя нанопорошка что негативно сказывается на удержании частиц нанопорошка CuO на модифицируемой поверхности. Рекомендуемое количество Na2SiO3 в электролите используется также для поддержания горения ИР, так как приращение толщины МДОпокрытия не требуется. Кроме этого эксперименты показали, что использование при вторичной обработке электролита с более высоким содержанием Na2SiO3 приводит к разрушению уже имеющегося МДОпокрытия (Рисунок 4.2) при эксплуатации восстановленной и упрочненной детали, а также к нежелательным образованиям на модифицируемой поверхности диоксида кремния (-кварца) (Рисунок 4.3), что весьма затрудняет закрепление частиц нанопорошка CuO в порах МДО-покрытия.

Рисунок 4.2 – Сколы на модифицированном частицами нанопорошка CuO МДО-покрытии, образующиеся при эксплуатации восстановленной и упрочненной детали, х поверхности МДО-покрытия при вторичной обработке, х Ранее в пункте 2.2 указывалось, что для определения силы тока в точках начала и окончания вторичной обработки необходимо определение составляющих сопротивления и емкости. Проведенные исследования показали, что емкость МДО-покрытия составляет С=0,015 мкФ, тогда как в работе [68] указывается 0,008 мкФ, данное расхождение связано с различной толщиной МДО-покрытия. Произведение RбС, указанное в п 2.2, уравнение (2.25) можно определить из формулы [88]:

где pv – удельное объемное сопротивление МДО-покрытия, Ом·м;

а- коэффициент пропорциональности роста МДО-покрытия, м/В;

0- диэлектрическая проницаемость материала пленки и вакуума соответственно;

Е - напряженность электрического поля в МДО-покрытии, В/м.

По нашим данным pv=3,1 МОм·см, тогда как в работе [88] получено значение pv=3,8 МОм·см. Получившееся расхождение объясняется большей пористостью нашего МДО-покрытия.

После подстановки найденных значений в формулу 2.25 было получено, что значение силы тока (из расчета обрабатываемой поверхности площадью 0,42 дм2) составляет 9,40…9,46 А для начала вторичной обработки экспериментальные значения выше расчетных на 4,3% и 5% соответственно.

Это связано с тем, что расчетные значения были определены исходя из минимума потребности в силе тока, а также сделанных допущений. Как показали эксперименты для стабильности протекания процесса дугового электрофореза необходимо повысить плотность тока до 25 А/дм2, что составит превышенное расчетное значение на 10%.

Проведенные экспериментальные исследования позволили установить, модифицировании МДО-покрытия составляет 1 мин. Это подтверждает Продолжительность стабилизации силы тока составляет около 40 секунд.

Однако в электролите в этот момент рядом с поверхностью обрабатываемой детали находятся в большом количестве частицы нанопорошка CuO.

продолжительность вторичной обработки необходимо увеличить еще на секунд. Этого времени достаточно для полного расплавления и включения в продолжительности вторичной обработки более 1 минуты также приводит к нежелательным последствиям (Рисунок 4.3). Температура электролита при дуговом электрофорезе должна составлять 15…20С. При более высоких ее значениях интенсифицируется процесс перехода наночастиц CuO из раствора-носителя в электролит.

Анализ полученных опытных данных позволяет сделать вывод о том, электролита, а также режимы вторичной обработки при модифицировании МДО-покрытия, сформированного на детали из алюминиевого сплава АК7ч, позволяющие включать во внешний упрочненный слой наибольшее количество частиц нанопорошка CuO будут следующими: раствор-носитель по массе 1 часть нанопорошка CuO + 3 части Na2SiO3 + 3 части дистилированной воды; КОН – 0,5 г/л, Na2SiO3 – 2 г/л, плотность тока – А/дм2, продолжительность дугового электрофореза – 1 мин., температура электролита – 20 С. При этом толщина внешнего упрочнённого слоя МДОпокрытия после дугового электрофореза остается неизменной и составляет 65…70 мкм. Измерения микротвердости до и после вторичной обработки дуговым электрофорезом показали, что данный показатель МДО-покрытия не изменяется и составляет 10 ГПа.

4.4 Работоспособность электролита алюминиевого сплава АК7ч важен показатель работоспособности электролита, то есть, в течение какой продолжительности возможно формирование упрочненного слоя с требуемыми свойствами без замены электролита. Эксперименты показали, что в процессе МДО происходит обеднение электролита. Это отрицательно влияет на свойства формируемых МДО-покрытий. Для определения причин, которые приводят к снижению показателя микротвердости сформированных МДО-покрытий на сплаве АК7ч, нами были проведены исследования изменения рН электролита, имеющего в своем составе 2 г/л КОН и 10 г/л Na2SiO3. Плотность тока в поддерживалась на уровне 40С. Микротвердость МДО-покрытия измерялась с его поверхности, сошлифованной до толщины 60 мкм. Эксперименты показали, что при оксидировании в течение 12…15 Ач/л показатель рН электролита снижается незначительно. Для сформированных на данном этапе МДО-покрытий характерно незначительное снижение микротвердости.

Последующее формирование МДО-покрытия приводит к интенсивному снижению рН электролита и соответственно микротвердости упрочненного слоя (Таблица 4.1). Необходимо отметить, что в процессе МДО образуется осадок белого, он наблюдается на дне электролитической ванны. Это оксидируемого образца и в объеме электролита.

Таблица 4.1 – Влияние продолжительности оксидирования при первичной обработке на рН электролита и микротвердость МДО-покрытия при ДТ=25 А/дм2; СКОН=2 г/л; СNa SiO =10 г/л; t=40С.

Продолжительность оксидирования, ч Микротвердость МДО-покрытия, ГПа При МДО происходит постепенное обеднение электролита ионами Na+, SiO 3 и обогащается ионами AlO, что приводит к снижению его pH.

Электролит обедняется щелочью и становится насыщенным гидроксидом алюминия. В следствии этого ухудшаются свойства упрочненного слоя, и нормальное протекание процесса МДО становится невозможным [36, 117].

микротвердости упрочненного слоя приводят: включение компонентов электролита в состав МДО-покрытия, образование труднорастворимых осадков и нейтрализация щелочи.

работоспособность электролита, содержащего 2 г/л КОН и 10 г/л Na2SiO3 при значениях температуры электролита 40С и плотности тока 25 А/дм2, может составить 12 Ач/л. После этого микротвердость упрочненного слоя начинает существенно снижаться. Сохранение работоспособности электролита при первичной обработке осуществимо за счет поддержания начального значения рН электролита, для этого следует удалить из него гидроксид алюминия и добавить требуемое количество щелочи [36].

4.5 Определение содержания меди на модифицированной поверхности МДО-покрытий Исследование поверхности модифицированных нанопорошком CuO МДО-покрытий на содержание меди по толщине упрочненного слоя проводили на многоканальном рентгеновском спектрометре СРМ-35.

Результаты представлены в таблице 4.2, градуировочная кривая для стандартного образца приведена в приложении Б. В связи с тем, что присутствие меди по всей толщине упрочненного слоя не требуется, проведение исследований осуществлялось на глубину не превышающую мкм.

Таблица 4.2 – Содержание меди на поверхности модифицированного нанопорошком CuO МДО-покрытия пористостью 12% опыта поверхности модифицированного импульсов за на поверхности, Как видно из таблицы 4.2 поры в МДО-покрытии заполняются медью не на 100%, они также заполняются компонентом электролита и раствора носителя нанопорошка CuO, то есть оксидом кремния (SiO2). Это также подтверждают снимки поверхности образцов после вторичной обработки, которые были сделаны на электронном сканирующем микроскопе «HIitachi TM-1000» (Рисунок 4.4).

Рисунок 4.4 – Заполненные поры в МДО-покрытии после вторичной обработки, х 4.6 Определение коэффициента трения и его молекулярной составляющей в подвижных соединениях с МДО-покрытиями При определении коэффициента трения исследовались следующие подвижные соединения:

1) сталь 40Х – МДО-покрытие;

2) сталь 40Х – МДО-покрытие со сквозной пористостью 8%, модифицированное СuO;

3) сталь 40Х – МДО-покрытие со сквозной пористостью 12%, модифицированное СuO.

Нагрузка на индентор для каждой пары трения составляла: 125 Н; 240 Н;

340 Н. При данных нагрузках также определялась молекулярная составляющая коэффициента трения. Результаты измерений выводились на преобразователя (АЦП). График изменения коэффициента трения для одного из образцов в зависимости от нагрузки, приведен на рисунке 4.5.

Pattern 45, shipment # Рисунок 4.5 – График изменения общего коэффициента трения для пары трения «сталь 40Х – МДО-покрытие» в зависимости от нагрузки, где результаты измерений соответствуют: 1 – при 125 Н; 2- при 240 Н; 3 – 340 Н Полученные значения коэффициента трения были усреднены, и для простоты восприятия представлены в виде диаграмм (Рисунки 4.6 и 4.7).

Рисунок 4.6 – Значения коэффициента трения для различных пар трения до их приработки в зависимости от нагрузки, где а – молекулярная составляющая, б - механическая Как видно из рисунка 4.6 с ростом нагрузки механическая составляющая коэффициента трения для всех пар трения увеличивается, а молекулярная составляющая незначительно уменьшается. Это характерно для таких пар трения (упругий контакт). Также из полученных данных следует, что общий коэффициент трения в паре трения «сталь 40Х – МДОпокрытие» имеет более низкие значения, чем у остальных. Это объясняется тем, что при одинаковом для всех параметре шероховатости Rа, параметр шероховатости S у других пар трения увеличен за счет модифицирования пор частицами нанопорошка CuO (Рисунок 4.4).

Из рисунка 4.7 видно что после приработки и испытаний в течении часов значения коэффициента трения для всех пар трения снизились.

Наибольшее снижение произошло на паре трения «сталь 40Х – МДОпокрытие со сквозной пористостью 12%, модифицированное СuO». Из рисунка 4.7 также следует, что молекулярная составляющая коэффициента трения снизилась незначительно. Это подтверждает наши теоретические предположения сделанные в пункте 2.3 диссертационной работы.

Рисунок 4.7 – Значения коэффициента трения для различных пар трения в зависимости от нагрузки, после приработки и 50 ч испытаний, где а – молекулярная составляющая, б – механическая составляющая 4.7 Сравнительные испытания на износостойкость модифицирования МДО-покрытия, на износостойкость подвижного соединения были проведены сравнительные испытания, в ходе которых контролировался коэффициент трения в соответствии с планированием эксперимента. В качестве примера была выбрана пара трения «поршень – стенка гидроцилиндра». Для изготовления данных деталей применяют, соответственно, литейный алюминиевый сплав АК7ч и сталь 40Х. Контактное давление при взаимодействии контробразцов из стали с поверхностью образца с МДО-покрытием составляло 2 МПа. Данное значение соответствует, рекомендациям заводов производителей гидроцилиндров и требованиям ГОСТ 16514. Для ускорения проведения испытаний на изнашивание, а также в соответствии с ГОСТ 16514 скорость скольжения контробразцов по поверхности образца с МДО-покрытием была выбрана 1 м/с.

В соответствии с пунктом 3.10 настоящей работы в качестве параметра оптимизации Y был принят коэффициент трения после 10 часов испытаний подвижного соединения «сталь 40Х – МДО-покрытие модифицированное CuO». Образцы оксидировали с использованием следующих режимов:

плотность тока – 25 А/дм2, продолжительность оксидирования – 90 мин., температура электролита – 20…40С. Содержание компонентов КОН в электролите составляло 2 г/л, а Na2SiO3 - 10 г/л. Режимы вторичной обработки были следующими. Содержание КОН в электролите составляло 0,5 г/л, а Na2SiO3 - 2 г/л, продолжительность сушки раствора-носителя составляла 50 мин., содержание Na2SiO3 в растворе-носителе составляло 300…700 г/л с интервалом 200 г/л. Продолжительность вторичной обработки от 20 до 60 секунд с интервалом 20 секунд. Это позволяло формировать упрочненные слои с разным содержанием Cu в модифицированном МДОпокрытии. Результаты исследований сведены в таблицу 4.3.

Критерий Кохрена, который определялся по формуле (3.6), равен:

Табличное значение критерия Кохрена GТАБЛ, которое было определено для уровня значимости 0,05 при числе степеней свободы f1 =2–1=1 и