Свойства градиентных серебряно-алмазных покрытий

микротвердость и скорость изнашивания серебряных покрытий показал (рис. 1), что максимальный эффект обеспечивается применением УДА.

к s

15 s

о X

Ag+УДА

I 120

i 100

a 60

V s 40

? 20

s

Ag+ZrO2 а)

Ag+Al2O3

Ag+УДА             Ag+ZrO2            Ag+Al2O3

б)

Рис. 1. Влияние нанодобавок на скорость изнашивания (а) и микротвердость (б) серебряных покрытий

Сравнительный анализ свойств серебряных покрытий, получаемых по новой технологии, с покрытиями сплавами «серебро-сурьма (2%)» и «серебро-никель (5%)», показал, что серебряноалмазное покрытие при меньшей твердости ( Í µ ≈ (60-80) кгс/мм ² ) в 1,5-2 раза превышает износостойкость традиционных серебряных покрытий с

сурьмой и имеет меньший коэффициент трения (рис. 2). Склерометрические испытания показали, что разработанные покрытия имеют более высокий запас пластичности – накопленная энергия при разрушении превышает традиционные покрытия на 53%. Это указывает на то, что функциональные свойства антифрикционных антизадирных покрытий более определяются пластичностью, чем твердостью.

Ag+S b(2%)           Ag+Ni(5%)

Ag

Рис. 2. Влияние добавок на скорость изнашивания (а) и микротвердость (б) серебряных покрытий

б

Рис. 3. Эпюры сравнительных триботехнических испытаний покрытий в режиме ступенчато возрастающей нагрузки:

а) штатное серебряное покрытие из цианистых электролитов (нагрузка схватывания 110 кгс); б) нано-структурированное серебряно-алмазное покрытие (нагрузка схватывания 160 кгс)

Детали узлов трения, покрытые серебряноалмазным покрытием, выдерживают нагрузку до 160 МПа (при толщине слоя 20 мкм) (рис. 3). При использовании в качестве основного металла под серебрение закаленных сталей (вместо бронзы) с медной подложкой (1-2 мкм) износостойкость серебряных покрытий заметно повышается. Эксперименты, проведенные в ОАО «Волгабурмаш», показали что весовой износ посеребренных стальных плавающих шайб (сталь 40Х, HRC 45-50) за час наработки при давлении 30 МПа составил 28 мг, при этом износ штатных шайб (основной металл – бериллиевая бронза БрБ2) составил 55 мг.

Электронно-микроскопические исследования серебряно-алмазных покрытий показали (рис. 4), что получаемые осадки имеют равномерную сплошную (беспористую) структуру. Цвет покрытия белый полублестящий или матовый. Матовость покрытия обусловлена появлением на поверхности при осаждении кристаллов серебра, размерами (0,5-1) мкм. Покрытие получается равномерным по толщине.

а)

в)

б)

Рис. 5. Структура поверхностей трения серебряных покрытий: а) с добавкой сурьмы; б) с добавкой УДА

г)

Рис. 4. Структура серебряно-алмазного покрытия: а) внешний вид поверхности покрытия после осаждения; б) поперечный срез; в) структура на уровне зерна; г) субзеренная структура

Структура серебряного покрытия, полученного из цианистого электролита с добавкой сурьмы в исходном состоянии близка к структуре серебряно-алмазного покрытия, полученного из бесцианистого электролита, но в процессе трения проявляются заметные различия в свойствах данных покрытий. Покрытия с добавкой сурьмы, в отличие от серебряноалмазных покрытий, в процессе трения проявляют склонность к охрупчиванию и развитию трещин (рис. 5 а).

Блок 1: 26.02.2010 13:32:18 100 Hz

=-:

i-

s

а)

Точки:

Блок 1: 26.02.2010 11:14:43 100 Hz 1:07:19,36 403936 точек

Время

От:

0 s

До: 3300

Точки:

226496 точек

1-226496

б)

Рис. 6. Результаты испытаний со ступенчато возрастающей нагрузкой пар трения:

а) «сталь 40Х - серебряное покрытие»; б) «твердосплавное детонационное покрытие - серебряное покрытие»

Исследования фрикционной совместимости различных материалов, работающих в паре с серебряными покрытиями, показали, что высокие триботехнические результаты достигаются при использовании в качестве сопряженного материала детонационных твердосплавных покрытий. Проведенные в лаборатории нанострукту-рированных покрытий исследования противоиз-носных свойств пары «детонационное покрытие ВК12 – серебряное покрытие» показали (рис. 6), что в данной паре, по сравнению с парой трения «сталь 40Х (HRC45)–серебро» наблюдается существенное повышение износостойкости (до 5 раз), критической нагрузки (до 2,5 раз), нагрузки схватывания серебряных покрытий (до 2-х раз), а также снижение момента трения (до 2-х раз) и уменьшение температуры саморазогрева пары трения.

б)

в)

Рис. 7. Плавающие элементы герметизированных опор скольжения буровых долот: а) колпачки; б) втулки; в) шайбы

Новая технология нанесения серебряных покрытий нашла применение при серийном изготовлении плавающих элементов опор скольжения буровых долот (колпачков, шайб и втулок) для ОАО «Волгабурмаш» (рис. 7). Опытнопромышленные испытания опытных долот с новым серебряным покрытием на стенде ОАО «Волгабурмаш» показали значительное увеличение ресурса опор скольжения (200 часов) по сравнению с ресурсом типовых долот (около 150 часов). Сравнительные испытания упорных шайб R7366 с традиционными покрытиями с добавкой сурьмы и серебряно-алмазными покрытиями показали в среднем снижение коэффициента трения на 23%.

Работа проводилась при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации.

PROPERTIES OF GRADIENT SILVER-DIAMOND COVERINGS