Минералокерамический композиционный материал: синтез и фрикционные свойства

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Введение. Состав и строение минералокерамических композиционных материалов оказывают большое влияние на их физико-механические и триботехнические свойства. Несмотря на большое их разнообразие, некоторые из них не имеют высоких триботехнических характеристик. Поэтому разработка технологии получения новых минералокерамических композиционных материалов является актуальной задачей. Предложено разработать основы технологии получения нового минералокерамического материала методом микродугового оксидирования спечённой алмазно-алюминиевой заготовки. Материал представляет собой матрицу из оксида алюминия и дисперсных включений металлизированного медью алмаза. Технологические особенности его получения и триботехнические характеристики еще недостаточно изучены. Цель работы: отработать этапы синтеза нового минералокерамического композиционного материала, исследовать его фрикционные свойства и установить область рационального применения. В работе исследованы режимы прессования, спекания заготовки и дальнейшего микроплазменного синтеза минералокерамического материала с различной относительной плотностью образцов, концентрацией и дисперсностью алмазов, степенью их металлизации медью. Исследованы триботехнические свойства полученных материалов. Методами исследования являются компрессионные испытания, исследования поверхности материала, сравнительные фрикционные испытания. Результаты и обсуждение. Выявлено, что основными факторами, определяющими работоспособность изделия, являются: относительная плотность образцов, степень металлизации алмазов медью и концентрации щелочи в электролите. Зернистость алмазов оказывает определяющее влияние на триботехнические характеристики и область практического применения минералокерамики. Материалы с зернистостью алмазов более 28/20 показали высокие режущие характеристики и хорошее алмазоудержание. Объемная режущая способность выше традиционных аналогов и не снижается с течением времени. Триботехнические испытания керамических материалов с зернистостью алмазов менее 20/14 показали наличие у них хороших антифрикционных свойств даже в отсутствие смазочных сред. Интенсивность изнашивания антифрикционной минералокерамики сравнима, а коэффициент трения существенно ниже, чем у оксидированного сплава Д16. Предложен критерий в виде критического номинального давления, определяющего переход от преимущественно упругого контакта к хрупкому разрушению антифрикционного минералокерамического материала. Созданные минералокерамические материалы с высокой зернистостью алмазов перспективно использовать в качестве инструментальных для прецизионной абразивной микрообработки твердых материалов. Из керамических материалов с малой зернистостью алмазов целесообразно изготавливать детали узлов трения, работающих в условиях дефицита смазочного материала.

Об авторах

А. Н. Болотов

Email: alnikbltov@rambler.ru
доктор техн. наук, профессор, Тверской государственный технический университет, наб. Афанасия Никитина, 22, г. Тверь, 170026, Россия, alnikbltov@rambler.ru

В. В. Новиков

Email: vnvkv@yandex.ru
канд. техн. наук, доцент, Тверской государственный технический университет, наб. Афанасия Никитина, 22, г. Тверь, 170026, Россия, vnvkv@yandex.ru

О. О. Новикова

Email: onvk@mail.ru
канд. техн. наук, доцент, Тверской государственный технический университет, наб. Афанасия Никитина, 22, г. Тверь, 170026, Россия, onvk@mail.ru

Список литературы

  1. Studies on Al6061-SiC and Al7075-Al2O3 metal matrix composites / G.B.V. Kumar, C.S.P. Rao, N. Selvaraj, M.S. Bhagyashekar // Journal of Minerals & Materials Characterization & Engineering. – 2010. – Vol. 9, iss. 1. – P. 43–55. – doi: 10.4236/jmmce.2010.91004.
  2. Composites based on aluminum-silicate glass ceramic with discrete fillers / L.A. Orlova, A.S. Chainikova, N.V. Popovich, Y.E. Lebedeva // Glass and Ceramics. – 2013. – Vol. 70, iss. 3–4. – P. 149–154. – doi: 10.1007/s10717-013-9529-2.
  3. Consolidation of aluminum-based metal matrix composites via spark plasma sintering / Sweet G.A., Brochu M., Hexemer R.L., Donaldson I.W., Bishop D.P. // Materials Science and Engineering: A. – 2015. – Vol. 648. – P. 123–133. – doi: 10.1016/j.msea.2015.09.027.
  4. Jessen, T., Ustundag, E., & ebrary Inc. 24th annual Conference on Composites, Advanced Ceramics, Materials, and Structures A / January 23-28, 2000, Cocoa Beach, FL. Ceramic Engineering & Science Proceedings 21/3. Westerville, OH: American Ceramic Society. Retrieved from http://sk8es4mc2l.search.serialssolutions.com/?sid=sersol&SS_jc=TC0000715049&title=24th annual Conference on Composites, Advanced Ceramics, Materials, and Structures January 23-28, 2000, Cocoa Beach, FL. A
  5. Synthesis and properties of electroless Ni-P-Nanometer Diamond composite coatings / Xu H., Yang Z., Li M. K., Shi Y. L., Huang Y., Li H.L. // Surface and Coatings Technology. – 2005. – Vol. 191, iss. 2–3. – P. 161–165. – doi: 10.1016/j.surfcoat.2004.03.045.
  6. Blum R., Molian P. Liquid-phase sintering of nanodiamond composite coatings on aluminum A319 using a focused laser beam // Surface and Coatings Technology. – 2009. – Vol. 204, iss. 1–2. – P. 1–14. – doi: 10.1016/j.surfcoat.2009.06.025.
  7. Diamond powders less than 100 nm in diameter as effective solid lubricants in vacuum / A.V. Gubarevich, S. Usuba, Y. Kakudate, A. Tanaka, O. Odawara // Japanese Journal of Applied Physics, Pt. 2: Letters. – 2004. – Vol. 43, iss. 7A. – doi: 10.1143/JJAP.43.L920.
  8. Болотов А.Н., Новиков В.В., Новикова О.О. Применение микродугового оксидирования для получения керамического алмазосодержащего материала // Упрочняющие технологии и покрытия. – 2006. – № 3. – С. 13–16.
  9. Болотов А.Н., Новиков В.В., Новикова О.О. Синтез и абразивные свойства алмазосодержащих материалов с керамической матрицей // Трибология – машиностроению: XII Международная научно-техническая конференция, посвященная 80-летию ИМАШ РАН. – М., 2018. – С. 74–76.
  10. Судник Л.В. Витязь П.А., Ильющенко А.Ф. Алмазосодержащие абразивные нанокомпозиты. – Минск: Беларуская навука, 2012. – 319 с.
  11. Болотов А.Н., Новиков В.В., Новикова О.О. Зависимость износа пары трения композиционный алмазосодержащий материал – керамика // Механика и физика процессов на поверхности и в контакте твердых тел, деталей технологического и энергетического оборудования. – Тверь, 2017. – № 10. – С. 153–157.
  12. Витязь П.А. Наноалмазы детонационного синтеза: получение и применение: монография. – Минск: Беларусская навука, 2013. – 381 с.
  13. Formation of wear- and corrosion-resistant coatings by the microarc oxidation of aluminum / M.A. Markov, A.D. Bykova, A.V. Krasikov, B.V. Farmakovskii, D.A. Gerashchenkov // Refractories and Industrial Ceramics. – 2018. – Vol. 59, iss. 2. – P. 207–214. – doi: 10.1007/s11148-018-0207-3.
  14. Zlotnikov I.I., Shapovalov V.M. Improving the antifriction properties of ceramic coatings obtained by the method of MAO on aluminum alloys // Journal of Friction and Wear. – 2019. – Vol. 40, iss. 5. – P. 360–363. – doi: 10.3103/S1068366619050222.
  15. ГОСТ 14706–78. Алмазы и инструменты алмазные. Термины и определения (с Изменением N 1): дата введения 1979–07–01. – М.: Изд-во стандартов, 1985. – 11 с. – URL: http://docs.cntd.ru/document/1200009427 (дата обращения: 14.07.2020).
  16. Инструмент из металлизированных сверхтвердых материалов / Е.М. Чистяков, А.А. Шепелев, Т.М. Дуда, В.П. Черных. – Киев: Наукова думка, 1982. – 204 с.
  17. Спеченные материалы из алюминиевых порошков / В.Г. Горпиенко, М.Е. Смагоринский, А.А. Григорьев, А.Д. Беллавин; под. ред. М.Е. Смагоринского. – М.: Металлургия, 1993. – 320 с.
  18. Крагельский И.В. О критериях износа материалов // Доклады АН СССР. – 1959. – Т. 129, № 5. – С. 1016–1019.
  19. Крагельский И.В., Добычин М.Н. Основы расчетов на трение и износ. – М.: Машиностроение, 1977. – 526 с.
  20. Демкин Н.Б. Свойства фрикционного контакта // Трение и износ. – 1982. – Т. 3, № 4. – С. 586–595.
  21. Демкин Н.Б., Рыжов Э.В. Качество поверхности и контакт деталей машин. – М.: Машиностроение, 1981. – 244 с.
  22. Джонсон К. Механика контактного взаимодействия: пер. с англ. – М.: Мир, 1989. – 510 с.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».