Ещё раз и несколько иначе о металлоплакировании, Фабо и безызносности

функционализацию поверхности конструкционных материалов.В трибологии и триботехнике металло-плакирование:начальная стадия в механизме избирательного переноса (ИП);финишная антифрикционная безабразивная обработка (ФАБО);причина эффективности, механизм действия и результат применения металлоплакирующих смазочных материалов и покрытий.

• 1.    Технологии плакирования (послойного соединения) металлических, керамических и полимерных материалов, такие как горячая и холодная прокатка, двухслойное литье, плакирование взрывом, наплавка плакирующего слоя и др. в их современном аппаратном оформлении, часто совмещенные с нанесение гальванических покрытий, обеспечивают бездефектное соединение при получении широко применяемых в машиностроительной практике многослойных материалов. Для плакирования низколегированных сталей, например, применяют коррозионностойкие ферритные и аустенитные стали, медь и никель, латунь и бронзу, алюминий и его сплавы, сплавы на основе титана, ниобия, молибдена, вольфрама и т.д. Наиболее распространенный в настоящее время термомеханический способ плакирования заключается в том, что на матрицу основного металла накладывают с одной или обеих сторон

• 2.    Восстановительный ремонт металлоплаки-рованием деталей машин, в том числе и контактирующих при трении, проводят методами электротермического, газотермического или плазменного напыления, что позволяет в широких пределах (до нескольких мм) регулировать толщину плакирующего слоя, используя в качестве материала покрытия самые разнообразные металлы и сплавы, в том числе и тугоплавкие, а также композиционные материалы. Получаемые таким образом покрытия содержат в своем составе как частицы используемого для плакирования материала, так и продукты его окисления, что требует для обеспечения стабильных характеристик плакирующего слоя высокой технологической дисциплины и стабильных режимов работы используемого оборудования.В качестве материала плакирующего слоя при восстановлении узлов трения электротермическим способом исполь-

• зуют стальные, медностальные, медносвинцовые, алюминевомедные, алюминевоцинковые и другие псевдосплавы. Триботехническая эффективность наносимых таким образом антифрикционных и износостойких плакирующих слоев проявляется как при трении без смазки, так и в условиях гидродинамического и граничного трения, что обусловлено не только составом псевдосплава, но и его повышенной маслоемкостью за счет неизбежной пористости получаемых восстановленных поверхностей. Относительно новым способом безразборного сервиса различной техники и восстановительного ремонта трущихся деталей машин, особенно при небольших износах трибосопряжений является использование так называемых ремонтно-восста-новительных составов (РВС) – обычно жидких препаратов, содержащих в своем составе растворимые или ультрадис-персные металлы, их химические соединения или сплавы, способные в процессе эксплуатации формировать направленный на поверхность трения поток металлического компонента состава, который в результате трибовосстановительных химических реакций, обеспечивает формирование металлоплакирующего слоя в наиболее энергонапряженных местах фрикционного контакта.

• 3.    Функционализация поверхности конструкционных материалов путем металлоплакирования -придание особых, не свойственных основному материалу, свойств необходимых для обеспечения работоспособности или повышения ресурса продукции машиностроения. Чаше всего это придание и обеспечение поверхности основного материала антикоррозионных, в том числе и обеспечение особой химической стойкости в сверхагрессивных средах, теплоизоляционных, например, при создании абляционных материалов, электрических, магнитных и механических, включая антифрикционные и проти-воизносные, свойств.Функционализация поверхности металлоплакированием имеет особое значение для полимерных материалов, применительно к которым часто используется термин металлизация пластмасс. Из наиболее важных функций выполняемых металлизованными полимерами и пластмассами необходимо выделить электропроводность плакирующего слоя и его непрозрачность для различного вида электромагнитных излучений.

• 4.    Металлоплакирование в трибологии

  • 4.1.    Начальная стадия ИП в его классической реализации при трении медного сплава по стали в глицерине связанная с самоорганизацией трибосистемы и ее эволюционным переходом в режим бе-зызносности и сверхантифрикционности всегда характеризуется достаточно высокими коэффициентами трения (до 0,2), заметным износом медного сплава и его фрикционным переносом на поверхность стали (плакирование поверхности стали). Для получения качественного плакирующего слоя на стали необходимо обеспечить превышение энергии адгезионного взаимодействия стали и медного спла-

• ва над энергией когезионного разрыва медного сплава. В противном случае наблюдается катастрофический износ медного сплава. На практике эти два процесса происходят одновременно с преобладанием того или иного в зависимости от условий фрикционного контакта, природы медного сплава и состава смазочной среды. Свой вклад в формирование плакирующего слоя вносят и продукты износа медного сплава попадающие в зону фрикционного контакта, так что образующийся слой на поверхности трения всегда является высокодефектным и пористым. Его состав, зависящий как от природы контактирующих при трении тел, так и от условий фрикционного взаимодействия (P, V, T), а также состава смазки, представлен всеми химическим элементами, входящими в состав трущихся тел и смазочного материала, и тем более отличается от исходного состава медного сплава, чем больше время фрикционного взаимодействия и чем выше химическая активность смазочной среды. При этом эволюционные изменения в трибосистеме, связанные с повышением содержания меди в плакирующей поверхность стали сервовитной пленке приводят к кардинальному изменению триботехнических характеристик трибосопряжения при реализации эффекта безызносности при трении.

• 4.2.    Финишная антифрикционная безабразив-ная обработка (ФАБО) - способ повышения износостойкости деталей машин путем нанесения на них тонкого антифрикционного слоя металла за счет трения наносимого металла о деталь. Сущность способа ФАБО состоит в том, что на рабочую поверхность детали наносится слой цветного металла или сплава при фрикционном взаимодействии поверхности обрабатываемой детали и инструмента – стержня (набора стержней) соответствующего металла или сплава в специально подобранной рабочей жидкости. В зависимости от материала инструмента и материала обрабатываемой детали режимы обработки, состав рабочей жидкости, толщина плакирующего слоя и его структура меняются в широких пределах, что позволяет регулировать его свойства. Чаще других в качестве материала плакирующего слоя используются медь и ее сплавы и в этом случае ФА-БО часто называют фрикционным меднением, латунированием или бронзированием, хотя известно и применение других мягких и пластичных металлов и сплавов на основе олова. никеля, цинка и др. Толщина плакирующего слоя достигаемая в технологии ФАБО составляет обычно от 2,5 до 25 мкм.По своей физико-химической сути ФАБО тесно связано с эффектом безызносности при трении и фактически переносит начальную стадию избирательного переноса в технологию изготовления подвижных сопряжений машин, что сокращает время приработки подвижных сопряжений машин, механизмов и приборов в результате формирования плакирующего слоя с шероховатостью близкой к равновес-ной.Эффективным и перспективным направлением

1 Кужаров Александр Сергеевич, доктор технических наук, профессор кафедры химия.

Кужаров Андрей Александрович, кандидат технических наук, доцент кафедры химия.

листы другого металла, затем весь пакет подвергают горячей прокатке. В результате термодиффузии на границе раздела металлов получают прочное многослойное изделие. Для плакирования применяют металлы и сплавы, обладающие хорошей свариваемостью: углеродистые и кислотостойкие стали, дюра-люмины, сплавы меди, а в качестве защитного покрытия используют алюминий, тантал, молибден, титан, никель, нержавеющие стали и т.д. Многослойные плакированные, чаще всего биметаллы и триметаллы, материалы при удачно подобранных сочетаниях компонентов являются не только заменителями однородных материалов с аналогичными свойствами, но и обладают более высокими эксплуатационными показателями и значительно более низкой стоимостью, чем аналогичные им по свойствам однородные материалы. Кроме того, плакированные изделия отличаются повышенной прочностью, что приводит к снижению металлоемкости при их использовании в конструкциях машин и механизмов и дает дополнительную техническую и экономическую эффективность.

применения металлоплакирования по технологии ФАБО представляется совмещение ее с технологией обработки металлов резанием за счет использования металлоплакирующих СОТС и формирующих на обрабатываемой поверхности тонкие пленки металла из его соединений, входящих в состав СОТС. Такие технологии обычно используют для создания металлического подслоя, например медного, при необходимости последующего нанесения гальванических покрытий, например, в электрохимических технологиях никелирования или хромирования.

Разновидностью ФАБО является метод плакирования гибким инструментом основанный на использовании в стандартных технологиях шлифования в качестве инструмента вместо абразивных кругов дисковых проволочных щеток изготовленных из металлов и сплавов, формирующих металлоплакирующий слой на рабочей поверхности обрабатываемой детали. В таком оформлении технологии ФАБО появляется возможность для ее интенсификации, повышения производительности и улучшения экономических показателей металлоплакирования узлов трения.

качестве активных компонентов которых используются как чистые металлы, например, медь, свинец, олово, индий и т.д., так и их сплавы, в частности, латунь, бронза, сплав Вуда и другие сверхпластичные сплавы, а также неорганические соединения металлов (оксиды, соли), координационные и ме-таллорганические соединения, связан с реализацией в зоне трения эффекта безызносности при трении, сама возможность реализации которого зависит от многих факторов, в том числе от внешних условий (P,V,T) и проявляется всегда в строго определенном интервале нагрузок, скоростей и температур. Суть этого механизма заключается в том, что содержащийся в составе смазочного материала металл при определенных условиях выделяется на поверхности фрикционного контакта с образованием металлической пленки, защищающей в некоторых случаях поверхность трения от разрушения или уменьшающей износ и приводящей в еще более редких случаях к реализации избирательного переноса при трении со свойственными только ему уникальными триботехническими характеристиками пары трения. Современный уровень знаний о механизмах метал-лоплакирования и безызносности при трении связан с нанотехнологическим подходом при объяснении уникальных триботехнических характеристик и синергетическим поведением открытых трибологических систем, что позволяет объяснить сверханти-фрикционность и безызносность при использовании металлоплакирующих смазок и технологий протеканием в зоне трения самоорганизующегося процесса микромодифицирования поверхности первичными нанопорошками, в роли которых могут выступать любые металлсодержащие продукты, образующие на дефектах поверхности трения под воздействием выделяемой при трении энергии новые активные центры зарождения и роста нанокристал- лических структур в виде микропокрытий, существенно отличающихся по свойствам от исходного материала поверхности. Свойствами таких покрытий можно управлять с помощью состава и свойств первичных нанопорошков так, что они могут сочетать одновременно сверхпластичность с износостойкостью или обладать другими заранее контролируемыми параметрами. Таким образом, металлоплакирующие смазки, добавки и присадки являются эффективным средством улучшения триботехнических свойств различных смазочных материалов, но не могут быть и не являются панацеей от всех бед при трении металов, а их популярность на рынке связана с не всегда надежно обоснованными рекламными заявлениями их производителей, обусловлена недостаточной компетентностью потребителя и снобизмом специалистов, считающих недостойным своего внимания исследование продуктов, полученных в полукустарных условиях.

Выводы. Представленные в докладе материалы позволяют утверждать, что металлоплакирование вообще, и металлоплакирование при трении в частности, является эффективным средством и технологией получения новых высокотехнологичных и высокоэффективных материалов и покрытий способных обеспечить потребности современного машиностроения. Перспективы развития работ по получению плакированных материалов и компонентов плакирующих слоев, особенно для использования в триботехнике, в ближайшем будущем, несомненно, будут связаны с созданием интеллектуальных материалов и покрытий, что может быть обеспечено за счет использования синергетического подхода при разработке технологий металлоплакирования с использованием нанотехнологий и наноматериалов, в том числе и ультрадисперсных порошков металлов в качестве плакирующих компонентов.

AGAIN AND A LITLE BIT DIFFERENTLY ABOUT METAL-CLADDING, “ANF” AND WEARLESS