5.4. Аналіз мікроструктури поверхневих шарів металополімерних покриттів
Аналіз мікроструктури проводився на зразках зі сталі 45 з металополімерним покриттям «Якість Суперіор», які піддавалися зношуванню на машині тертя типу СМЦ - 2 по гумовій підкладці в середовищі мастила, тривалістю 1 год - зразок №1, 2 години - зразок №3 і 3 години - зразок №4 під тиском на зразок 3,0 МПа. З огляду на те, що частота обертання машини тертя діаметром 50 мм становила 450 об/хв (тобто окружна швидкість 2,2 м / с), зазначені часи тривалості випробування відповідають довжині шляху тертя 9,52 км - (зразок №1) ; 30,04 км-(№3) і 60,56 км-(№4), відповідно.
Аналіз стану мікроструктури зношених поверхонь покриттів виконувався на мікроскопі «ПМТ-3».
Спочатку була здійснена зйомка загального вигляду поверхонь зносу зразків з покриттями, що пройшли різні шляхи тертя (табл. 5.8) - і відповідні їм характеристичні випромінювання з розподілених в поверхневому шарі компонентів - рис. 5.25 б, 5.26 б. Найбільш інформативним при дослідженні механізмів зношування безумовно є аналіз характеристичного випромінювання від компонентів, що входять до складу вихідного матеріалу пари тертя, а також розподіл елементів продуктів зносу по поверхні досліджуваного зразка, зокрема, по поверхні металополімерного покриття на сталі 45, на різних етапах процесу зношування зразків.
Таблиця 5.7 - Тривалість дослідів по зношування зразків стали 45 з металополімерних покриттям «Якість Суперіор» та відповідні їм значення втрати маси зразків
№№ |
Тривалість досліду, год |
Вага зразка до випробувань г |
Вага зразка після випробування,г |
Втрата маси, зразка г |
1 |
1 |
50,326 |
50,303 |
0,023 |
2 |
2 |
51,350 |
51,303 |
0,047 |
Таблиця 5.8 - Динаміка зміни змісту в поверхні шарі покриття фрагментів піску (SiО) - Si і фрагментів гуми S (сірка - один з компонентів гуми)
№ зразка |
№1 |
№2 |
Елемент |
Ваговий % |
Ваговий % |
C |
81.00 |
77.28 |
Si |
5.49 |
6.26 |
S |
1.27 |
1.22 |
Fe |
12.23 |
15.25 |
Всего |
100.00 |
100.00 |
Як випливає з аналізу характеристичного випромінювання, абразивні частинки з поверхонь зношуваних покриттів, досягають величини 10...20 мкм що істотно менше вихідних (середніх) розмірів зерен абразиву 0,25 мм. Це означає, що відбувається дроблення зерен абразиву на фрагменти і шаржування їх в поверхневий шар покриття. Причому, як випливає з рентгенострутурного аналізу поверхонь випробуваних зразків (див.табл. 5.8), зі збільшенням шляху, тертя зростає, що спостерігається і на наведених загальних видах розподілу елементів на поверхнях зношуваних покриттів.
Проаналізуємо дані, наведені в таблиці 5.8. і відзначимо наступні явища:
- відбувається зменшення концентрації вуглецю (характеристичне випромінювання (С) в поверхневому шарі покриття. Вуглець входить в хімічну сполуку епоксидної смоли, яка є основним компонентом сполучної металополімерного покриття «Якість Суперіор».
- на зношених поверхнях покриттів спостерігається збільшення концентрації сірки (див. табл. 5.8 з 1,27% до 2,74%), одного з компонентів гуми. Очевидно, присутність сірки на поверхні зносу не що інше, як фрагменти продуктів зношування гумової манжети.
Цілком ймовірно це обумовлюється тим, що на початкових етапах в мастилі залишається достатня кількість цілих зерен абразиву, які утримують там на поверхні і перебувають в стані тертя, близького до умов тертя кочення.
а
б
Рисунок 5.25 - Загальний вигляд структури поверхні зносу металополімерного покриття зразка №1 - (а) і характеристичного випромінювання основних його складових -(б)
а
б
Рисунок 5.26 - Загальний вигляд структури поверхні зносу металополімерного покриття на зразку №2 - (а) і характеристичного випромінювання основних його складових-(б)
По-перше, в парі тертя «сталь 45 - гума» зерна піску руйнуються практично відразу і їх фрагменти з дуже розвиненою поверхнею (осколки), набуваючи значно більшу абразивність, і, як було вже показано вище, починають інтенсивно зношувати поверхню сталевої деталі. По-друге, незважаючи на те, що твердість металополімерного покриття істотно поступається твердості стали 45, його зносостійкість в розглянутих умовах тертя має ряд незаперечних переваг, які обумовлені менш інтенсивним процесом руйнування зерен піску і подальшим шаржуванням фрагментів зруйнованих зерен в поверхневий шар покриття, в результаті чого зносостійкість покриття тільки зростає і зношується зі значно меншою інтенсивністю, ніж сталь 45.
В результаті можна зробити висновок, що метало полімерне покриття на сталевих деталях, які експлуатуються в умовах тертя по гумі в середовищі мастила з високою ймовірністю присутності вільного абразиву, вельми ефективні не тільки в сенсі використання їх як відновлювальні покриття, вони можуть істотно підвищити ресурс деталей , які працюють в таких неординарних умовах.