Технічні науки / галузеве машинобудування

Скачков В.О., Іванов В.І., Янко Т.Б., Воденнікова О.С., Мосейко Ю.В.

ЩОДО ПОРОШКОВИХ КОМПОЗИТІВ ТРИБОТЕХНІЧНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ

Запорізька державна інженерна академія

Сучасними дослідженнями в області тертя та зносу показано, що матеріали для триботехнічних систем повинні забезпечувати умови динамічної рівноваги, тобто, з одного боку, згідно трибологічному підходу, бути сумісними та виявляти структурне пристосовування; а, з іншого, згідно макрогеометричному підходу забезпечувати надійну роботу триботехнічних сполучень, яка не можлива без стабільних макрогеометричних характеристик відповідних деталей.

Перспективним напрямом вирішення проблем, пов’язаних з підвищенням зносостійкості, є застосування у триботехнічних сполученнях композиційних матеріалів, що потребує розвитку й освоєння технологій їх одержання, а також методів забезпечення оптимального комплексу механічних і технологічних властивостей таких матеріалів для різноманітних умов експлуатації.

Порошкові антифрикційні матеріали застосовують для продукування виробів з низькими втратами на тертя, їх визначальна ознака – порівняно низький коефіцієнт тертя. Структура зазначених матеріалів повинна бути гетерогенною, дрібнозернистою та відповідати правилу Шарпі, тобто бути поєднанням твердих і м’якших компонентів, найм’якішими з яких є пори – складові з нульовою твердістю. Наявність пор дозволяє додавати матеріалам антифрикційні властивості, якими вони у безпористому стані не володіють. Пори змінюють механізм прироблення поверхонь, що труться. Для порошкових матеріалів унаслідок змінювання та перерозподілу обсягу пор відбувається необоротна пластична деформація у поверхневому та прилеглому до нього значному за глибиною (до декількох міліметрів) приповерхневому шарі.

Для одержання термозв’язаної порошкової деталі найбільш ефективним є використання методу термопресування, коли відбувається пресування з одночасним нагріванням, що дозволяє зв’язати розрізнені частинки прес-маси в єдине ціле за достатньо низького тиску та температури. Як матеріал для прес-маси слід використовувати порошковий алюміній та оксид алюмінію у вигляді мікропорошку.

Під час роботи пари ковзання у зоні тертя спостерігають віднесення змащуючого компоненту композиту. За рахунок зниження концентрації змащуючого компоненту в зоні тертя реалізується градієнт його концентрації та забезпечуються умови дифузії цього компоненту з обсягу композиту.

Рівняння перенесення змащуючого компоненту в зону тертя за рахунок дифузії має вигляд

, (1)

де С – концентрація змащуючого компоненту; D – коефіцієнт дифузії; x, t – відповідно координата, перпендикулярна до поверхні тертя, та тривалість процесу.

Краєві умови для даного рівняння можна записати як

; ; , (2)

де C₀, I – відповідно початкова концентрація та швидкість віднесення змащуючого компоненту в зоні тертя; V – швидкість подавання змащуючого компоненту на межі антифрикційного шару товщиною L (x = L).

Розв’язання рівняння (1) з урахуванням краєвих умов (2) має вигляд

, (3)

де ; .

У разі відсутності подавання змащуючого компоненту в об’єм антифрикційного шару (V = 0) рівняння (3) можна записати

(4)

Концентрацію змащуючого компоненту в зоні тертя визначають за допомогою рівняння (3)

. (5)

У разі відсутності зовнішнього заповнення змащуючого компоненту, концентрація змащуючого компоненту на межі x = L змінюється згідно до закону:

. (6)

Розділивши рівняння (6) на (5), одержують співвідношення, що встановлює відповідність між концентраціями змащуючого компоненту на зовнішній поверхні та в зоні тертя:

. (7)

Працездатність пари тертя забезпечується концентрацією змащуючого компоненту в зоні тертя не менш допустимого значення С_Д.

Для забезпечення заданої концентрації змащуючого компоненту в зоні тертя необхідно одержувати матеріал з певним коефіцієнтом дифузії, який можна регулювати шляхом завдання певного рівня пористості.