ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 3 2024 242 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Т а б л и ц а 6 Ta b l e 6 Усредненные величины Кт образцов с покрытиями в растворе SBF Averaged COF values of samples with coatings in SBF solution Нагрузка, Н Образцы Ti6Al4V Cu10 Cu30 Cu50 Cu70 Cu90 10 0,449 0,430 0,480 0,387 0,548 0,425 25 0,361 0,346 0,358 0,284 0,399 0,320 обеих нагрузках наибольшей износостойкостью обладало покрытие Cu50, что объясняется его наименьшим коэффициентом трения. При нагрузке 10 Н приведенный износ сплава Ti6Al4V в растворе SBF составил 3,58⋅10–4 мм3/Нм, а при 25 Н ‒ 3,99⋅10–4 мм3/Нм. Таким образом, износостойкость сплава была в 13–57 раз ниже, чем у покрытий. Характерно, что износ сплава Ti6Al4V в режиме сухого скольжения при 25 Н составлял 0,75⋅10–4 мм3/Нм [20], т. е. в 5,3 раза ниже, чем в растворе SBF, что согласуется с результатами работы [36]. Таким образом, раствор SBF многократно ускоряет износ титанового сплава вследствие его взаимодействия с электролитом по механизму окислительного изнашивания [36]. Продукты окисления, прежде всего рутил, могут выступать в качестве абразивных частиц, ускоряя износ титанового сплава. Сравнение интенсивности изнашивания Cu-Ti-покрытий при нагрузке 25 Н показало, что большинство образцов также имели повышенный износ в растворе SBF по сравнению с режимом сухого скольжения, за исключением покрытий Cu50 и Cu70, которые имели очень близкие величины износа в SBF и при сухом трении. Таким образом, применение Cu-Ti-покрытий для изделий из титанового сплава Ti6Al4V позволяет многократно сократить их износ и снизить коэффициент трения при эксплуатации в растворе SBF. На рис. 6 представлены РЭМ-изображения следов изнашивания Cu-Ti-покрытий после трибологических испытаний в растворе SBF. На изношенной поверхности сплава Ti6Al4V в результате распахивания образовались следы, которые имеют вид широких борозд и царапин, что указывает на абразивный износ. В то же время имеются признаки адгезионного износа в виде участков со следами отслоения и сильной деформации. На изображениях отчетливо видно, что изношенная поверхность сплава Ti6Al4V более шероховатая, а поверхность Cu-Ti-покрытий более гладкая. Наиболее гладкая поверхность наблюдалась в случае образца Cu50 (рис. 6, в), а наиболее рельефная – у наименее износостойкого покрытия Cu90 (рис. 6, д). В отличие от сухого трения, в растворе SBF на поверхности покрытий не наблюдается оксидных чешуек износа. Это говорит о том, что при трении в жидкости продукты окисления активно удаляются из зоны трения и защитный трибооксидный слой не сохраняется, что выражается в повышенных величинах износа по сравнению с сухим трением. Продукты износа сохранялись только в углублениях поверхности, таких как поры и трещины. По результатам ЭДС-анализа в составе продуктов износа присутствуют железо, вольфрам и хром, которые отложились на поверхности покрытий в результате интенсивного изнашивания контртела из быстрорежущей стали Р6М5 (табл. 7). Значительное количество кислорода указывает на скопления оксидов, что является следствием окислительного износа [37]. Присутствие элементов Cl, S и P объясняется участием раствора SBF в формировании продуктов износа. Концентрация кислорода снижалась в составе продуктов износа с ростом содержания меди в покрытиях, что объясняется более высоким стандартным электродным потенциалом меди по сравнению с титаном. Таким образом, основным механизмом изнашивания медно-титановых покрытий было сочетание окисления и абразивного износа, в то время как для титанового сплава был более типичен адгезионный механизм износа. Выводы Были приготовлены медно-титановые покрытия на титановом сплаве методом электроискрового легирования с использованием нело-
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1