1.4. Композиційні матеріали, що використовуються для нанесення відновних покриттів на зношені деталі машин

Для поліпшення фізико-механічних і трибологічних властивостей полімерних покриттів в їх склад вводять спеціальні наповнювачі залежно від умов роботи вузла тертя. Подальше підвищення антифрикційних і протизносних властивостей полімерних покриттів може бути досягнуто за рахунок використання в якості наповнювачів речовин, що стимулюють їх роботу, наприклад, в режимі виборчого перенесення. Так, додавання порошку міді в покриття дозволяє знизити коефіцієнт тертя пари сталь-поліамід в 1,2 - 3 рази, а величину зносу полімерного композиційного покриття в 10 - 15 разів. При цьому міцність покриття підвищується в 1,5 - 2 рази.

Металополімерні композиційні матеріали розрізняють по металевій основі – залізо-пластики , стале-пластики, бронзо пластики. Металополімери дозволяють просто і ефективно нарощувати, підганяти і ущільнювати зношені деталі. Завдяки надзвичайно високому вмісту металу в суміші (92 ... 96%) відремонтовані ділянки деталей тверді, безусадкова і мають хорошу когезію (адгезію) з поверхнею основного металу. Відновлені ділянки деталей добре обробляються і мають високу зносостійкість і антифрикційні властивості, практично подібні основного металу. Металополімери застосовують не тільки для відновлення зношених деталей, але і для додання їм необхідних експлуатаційних властивостей. Покриті ними поверхні мають високу корозійну стійкість, стійкість до впливу агресивних середовищ - кислот, лугів, спиртів і т.п. Застосування металополімерів дозволяє використовувати високу несучу здатність дешевих чорних металів, отримуючи антифрикційні і зносостійкі характеристики, що труться, як у кольорових металів. Застосування технології при відновленні деталей відрізняється простотою і дешевизною. Така технологія відновлення деталей не вимагає складних пристосувань, часто дозволяючи обійтися без розбирання вузлів, не вимагає спеціального устаткування і приміщень. Так як технологія відновлення металополімер мало залежить від типів деталей, то класифікацію покриттів на їх основі ведуть за їх типами, не зв'язуючи з самими деталями.

За експлуатаційними властивостями розрізняють тверді зносостійкі, антифрикційні покриття, для роботи при підвищених температурах, жаростійкі, тугоплавкі. Покриття використовуються також для відновлення форми і геометричних розмірів. Наносяться також покриття із спеціальними властивостями - підвищеною електропровідністю, діелектричні, напівпровідникові і т.п.

До твердих зносостійкиї металополімерів відносяться покриття з наповнювачем на основі порошків чавуну, легованих і звичайних сталей, бронзи. Вони застосовуються для ремонту зношених поверхонь деталей пар тертя, що працюють в умовах тертя без змащення або абразивного зношування. Такі покриття мають високу термостійкість (-40C ... + 200C) і зносостійкість, високими антифрикційними характеристиками. До таких покриттів відносяться металополімер "Стандарт" (на основі заліза), рідко текучі металополімери на основі бронзи.

До твердих зносостійким детонаційними покриттів відносяться покриття на основі карбідів вольфраму, хрому, титану, кобальту та ін. З нікелевими зв'язками - WC + 18%Co, TiC + 15%Co, +15%Ni, +15%NiCr, WC +15%Co. Ці покриття відповідають за властивостями металокерамічним твердим сплавам. Висока зносостійкість твердосплавних покриттів обумовлена тим, що тверда складова (карбід) вкраплена в м'яку основу кобальту або нікелю. У покритті навантаження сприймається твердими складовими, зменшуючи тим самим величину деформації. Завдяки високим експлуатаційним властивостям широко застосовують покриття на основі карбіду вольфраму WC. Зносостійкість даних покриттів зменшується при їх застосуванні в окислювальному середовищі при високих температурах – 540 ... 560 C.

Для роботи при підвищених температурах в умовах інтенсивного абразивного зношування застосовують покриття на основі карбіду хрому, оксидів, а також металополімерів на основі металокераміки ( "Рапід", TR -16). Покриття типу 15% Ni і + 15% NiCr можуть застосовуватися в якості зносостійких при температурах до 1200C через високу термостійкість. При нанесенні в якості покриття тільки з карбіду хрому, поверхня виходить крихкою, що обмежує його застосування [9].

У порівнянні з перерахованими вище покриттями оксидні покриття мають значну міцність при високих температурах. Найбільш жаростійкими є покриття на основі оксидів алюмінію, хрому і титану - і їх композицій. Однак деталі з оксидними покриттями не можуть працювати в кислих середовищах через утворення агресивних середовищ між матеріалом підкладки та покриття.

При роботі деталей в умовах тертя за відсутності мастила використовують тверді мастила покриття на основі молібдену та його дисульфіду, а також металополімери на основі латуні, бронзи і міді. Ці покриття не можуть наноситися детонаційними способом через сублімації молібдену при температурі вище 500 C. Приблизно такими ж антифрикційними властивостями володіють детонаційні покриття на основі нікелю і хрому. Їх можна застосовувати для відновлення деталей зношених не більше, ніж на 1,5 ... 2 мм.

Для відновлення зношених поверхонь деталей, а також для ліквідації інших поверхневих ушкоджень, виправлення дефектів форми, додання поверхням необхідних механічних характеристик застосовують покриття на основі порошкових сумішей КХН, НАС, а також метало-полімери на металевих основах, аналогічних матеріалів підкладки. Відновлювальний ремонт деталей цими покриттями застосовують для глибини пошкоджень до 2 мм. При великих глибинах в сильно навантажених деталях може мати місце порушення міцності зчеплення покриття з матеріалом підкладки. Найкращими триботехнічними характеристиками володіють детонаційні покриття з порошкових сумішей на основі Co, Ni і Cr, такі як ВК, ВН, КХН, НАС. Вони добре працюють в умовах абразивного зношування, тертя без змащення і рідинного тертя.

Матеріали КХН і НАС мають найкращу пластичністю при високій твердості покриттів, відрізняються високою адгезійною міцністю з різними матеріалами підкладки, здатністю до деформування без порушення цілісності. Поряд з цим, вони мають високі триботехнічними характеристиками. Для нанесення покриттів при відновленні деталей цими матеріалами використовують випускаються промисловістю суміші порошків з переважанням нікелю ПНЕ-1, кобальту - ПК-1, алюмінію - ПА-1, кремнію - ПТЕ-1, хрому - ПХ-1. Гранулометричний склад частинок порошків дослідження покриттів: 40 ... 60 мкм - 73%; 10 ... 40 мкм - 21%; менше 10 мкм - 6%. Дані порошки випускаються заводом металевих порошків в м Бровари. Крім зазначених порошкових сумішей на вимогу замовника випускають і порошки інших типів на основі матеріалів КХН і НАС, володіють необхідними фізико-механічними характеристиками, температурою плавлення, пружними властивостями і т.п.

Для відновлення деталей машин, трубних виробів і т.п. застосовують металополімери на основі чавуну, сталі, леговані суміші, що володіють відносно високою твердістю (до 180 МПа), термостійкість в діапазоні від -50C до + 250C, міцністю при стисканні до 180 МПа, при розтягуванні до 90МПа, при вигині - до 110 МПа. Основною перевагою металополімери при відновлювальних роботах є порівняно короткочасний процес їх полімеризації (30 ... 40 хвилин) на невеликих площах пошкоджених поверхонь, що дозволяє застосовувати їх навіть в умовах експлуатації.

До металополімерів відносяться багатокомпонентні покриття на основі одного або декількох металів, а також матеріал, що пов'язує. Вони призначені для швидкого і ефективного ремонту виробів у всіх областях промисловості, для склеювання і нероз'ємного з'єднання деталей методом "холодного зварювання". До переваг можна віднести можливість їх застосування там, де не можна або неможливо застосовувати електрозварювання, а також для ремонту деталей систем знаходяться під тиском . Покриття з відрізняє висока механічна міцність, а також відсутність усадки і утворення тріщин в процесі твердіння в порівнянні з металополімерами.

Для відновлення зношених машинобудівних деталей, а також бракованих отворів, різь, ліквідації тріщин і т.п. пошкоджень застосовують металополімер на основі чавуну, сталі, алюмінію, бронзи і їх сплавів. Їх твердість після затвердіння досягає 120 ... 150 МПа, міцність при стисненні до 185 МПа, вигині до 90 МПа, при розтягуванні до 80 МПа. Час полімеризації сполучного в металополімері в середньому досягає 6 годин при великий проникаючої здатності [10].

Розглянуті способи відновлення деталей нанесенням покриттів при використанні гарячих робочих середовищ мають загальний недолік - необхідність розбирання механізмів та нанесення покриттів на спеціальному обладнанні. Це робить ремонтні технології дорогими, і в ряді випадків відновлення деталей стає економічно недоцільним.

У зв'язку з цим останнім часом набули широкого поширення технології відновлення деталей металополімерними матеріалами - двокомпонентних матеріалів, що складаються з сполучного полімерного матеріалу і металевих порошків, відповідних матеріалів відновлюваних деталей.

Застосування металополімерів для відновлення деталей економічно доцільно, так як вони мають суттєву перевагу перед іншими методами. Перш за все, вони не вимагають спеціального обладнання, а в ряді випадків, і розробки механізмів, що містять пошкоджені деталі. Для застосування не потрібно висококваліфікований персонал, так як навчання застосуванню більшості типів відбувається за дуже короткий період і в подальшому вимагає тільки суворого дотримання технологічних інструкцій.

На підставі аналізу застосування композиційних покриттів на основі металополімерних матеріалів, можна прийти до наступного висновку:

1. Для відновлення зношених деталей машин загального призначення в виробничих умовах найбільш зручні металополімер. Вони дозволяють виконувати відновлення пошкоджених деталей практично без розбирання вузлів, не застосовуючи складні спеціалізовані пристосування і інструменти;

2. Обробка поверхонь відновлених деталей виконується на звичайних верстатах або безпосередньо на місці ремонту із застосуванням абразивних кругів і фрез на ручних електроінструментах і т.п .;

3. Вартість технологічної операції відновлення деталей металополімерами відносно низька, в порівнянні з іншими методами відновлення через простоту технології, невеликої витрати матеріалів і відсутності потреби в спеціальному обладнанні;

4. Застосування металополімерних матеріалів гарантують екологічну безпеку в порівнянні з технологічними процесами, які застосовуються в даний час на ремонтних підприємствах, що спеціалізуються, перш за все, на виробництві наплавлень, газополуменевих покриттів або електролітичному осадженні покриттів.

На підставі проведеного аналізу методів відновлення деталей з використанням гарячих робочих середовищ також можна зробити наступні висновки:

1. Для відновлення в виробничих умовах деталей машин, що експлуатуються в умовах абразивного зношування і мають невеликі товщини зношеного шару, доцільно використання покриттів, що наносяться детонаційними методом;

2. Детонаційні метод нанесення покриттів у порівнянні з іншими методами відновлення має безсумнівні переваги: ​​екологічного плану, так як, технологія детонаційного методу не потребує утилізації екологічно шкідливих хімічних розчинів (гальванічні методи), при його використанні не виникають іонізуючі випромінювання, вимоги з охорони праці та санітарні норми для цього методу такі ж, як і для звичайних газозварювальних робіт;

3. Детонаційні метод нанесення покриттів дозволяє проводити відновлення поверхонь деталей машин використовуючи широкий спектр порошкових матеріалів, в той час, як гідності інших методів проявляються в основному при роботі з певними матеріалами: плазмовий - при нанесенні тугоплавких покриттів; вакуумно-плазмові - з рідкоземельними металами, алмазоподібними покриттями, газовими сумішами; гальванічний - при роботі з хромовими і нікелевими покриттями і т.п.

РОЗДІЛ 2. МЕТОДИКА І УСТАТКУВАННЯ ДЛЯ ПРОВЕДЕННЯ ДОСЛІДЖЕНЬ

Відповідно до мети і завдань досліджень в цьому розділі описується комплексна методика, що включає технологію нанесення покриттів, методики і установок для проведення випробувань на тертя і зношування в умовах абразиву і гідроабразиву, а також опис металознавчих та інших видів аналізів.