ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Введение. Состав и строение минералокерамических композиционных материалов оказывают большое влияние на их физико-механические и триботехнические свойства. Несмотря на большое их разнообразие, некоторые из них не имеют высоких триботехнических характеристик. Поэтому разработка технологии получения новых минералокерамических композиционных материалов является актуальной задачей. Предложено разработать основы технологии получения нового минералокерамического материала методом микродугового оксидирования спечённой алмазно-алюминиевой заготовки. Материал представляет собой матрицу из оксида алюминия и дисперсных включений металлизированного медью алмаза. Технологические особенности его получения и триботехнические характеристики еще недостаточно изучены. Цель работы: отработать этапы синтеза нового минералокерамического композиционного материала, исследовать его фрикционные свойства и установить область рационального применения. В работе исследованы режимы прессования, спекания заготовки и дальнейшего микроплазменного синтеза минералокерамического материала с различной относительной плотностью образцов, концентрацией и дисперсностью алмазов, степенью их металлизации медью. Исследованы триботехнические свойства полученных материалов. Методами исследования являются компрессионные испытания, исследования поверхности материала, сравнительные фрикционные испытания. Результаты и обсуждение. Выявлено, что основными факторами, определяющими работоспособность изделия, являются: относительная плотность образцов, степень металлизации алмазов медью и концентрации щелочи в электролите. Зернистость алмазов оказывает определяющее влияние на триботехнические характеристики и область практического применения минералокерамики. Материалы с зернистостью алмазов более 28/20 показали высокие режущие характеристики и хорошее алмазоудержание. Объемная режущая способность выше традиционных аналогов и не снижается с течением времени. Триботехнические испытания керамических материалов с зернистостью алмазов менее 20/14 показали наличие у них хороших антифрикционных свойств даже в отсутствие смазочных сред. Интенсивность изнашивания антифрикционной минералокерамики сравнима, а коэффициент трения существенно ниже, чем у оксидированного сплава Д16. Предложен критерий в виде критического номинального давления, определяющего переход от преимущественно упругого контакта к хрупкому разрушению антифрикционного минералокерамического материала. Созданные минералокерамические материалы с высокой зернистостью алмазов перспективно использовать в качестве инструментальных для прецизионной абразивной микрообработки твердых материалов. Из керамических материалов с малой зернистостью алмазов целесообразно изготавливать детали узлов трения, работающих в условиях дефицита смазочного материала.

1. Studies on Al6061-SiC and Al7075-Al₂O₃ metal matrix composites / G.B.V. Kumar, C.S.P. Rao, N. Selvaraj, M.S. Bhagyashekar // Journal of Minerals & Materials Characterization & Engineering. – 2010. – Vol. 9, iss. 1. – P. 43–55. – DOI: 10.4236/jmmce.2010.91004.

2. Composites based on aluminum-silicate glass ceramic with discrete fillers / L.A. Orlova, A.S. Chainikova, N.V. Popovich, Y.E. Lebedeva // Glass and Ceramics. – 2013. – Vol. 70, iss. 3–4. – P. 149–154. – DOI: 10.1007/s10717-013-9529-2.

3. Consolidation of aluminum-based metal matrix composites via spark plasma sintering / Sweet G.A., Brochu M., Hexemer R.L., Donaldson I.W., Bishop D.P. // Materials Science and Engineering: A. – 2015. – Vol. 648. – P. 123–133. – DOI: 10.1016/j.msea.2015.09.027.

4. Jessen, T., Ustundag, E., & ebrary Inc. 24th annual Conference on Composites, Advanced Ceramics, Materials, and Structures A / January 23-28, 2000, Cocoa Beach, FL. Ceramic Engineering & Science Proceedings 21/3. Westerville, OH: American Ceramic Society. Retrieved from http://sk8es4mc2l.search.serialssolutions.com/?sid=sersol&SS_jc=TC0000715049&title=24th annual Conference on Composites, Advanced Ceramics, Materials, and Structures January 23-28, 2000, Cocoa Beach, FL. A

5. Synthesis and properties of electroless Ni-P-Nanometer Diamond composite coatings / Xu H., Yang Z., Li M. K., Shi Y. L., Huang Y., Li H.L. // Surface and Coatings Technology. – 2005. – Vol. 191, iss. 2–3. – P. 161–165. – DOI: 10.1016/j.surfcoat.2004.03.045.

6. Blum R., Molian P. Liquid-phase sintering of nanodiamond composite coatings on aluminum A319 using a focused laser beam // Surface and Coatings Technology. – 2009. – Vol. 204, iss. 1–2. – P. 1–14. – DOI: 10.1016/j.surfcoat.2009.06.025.

7. Diamond powders less than 100 nm in diameter as effective solid lubricants in vacuum / A.V. Gubarevich, S. Usuba, Y. Kakudate, A. Tanaka, O. Odawara // Japanese Journal of Applied Physics, Pt. 2: Letters. – 2004. – Vol. 43, iss. 7A. – DOI: 10.1143/JJAP.43.L920.

8. Болотов А.Н., Новиков В.В., Новикова О.О. Применение микродугового оксидирования для получения керамического алмазосодержащего материала // Упрочняющие технологии и покрытия. – 2006. – № 3. – С. 13–16.

9. Болотов А.Н., Новиков В.В., Новикова О.О. Синтез и абразивные свойства алмазосодержащих материалов с керамической матрицей // Трибология – машиностроению: XII Международная научно-техническая конференция, посвященная 80-летию ИМАШ РАН. – М., 2018. – С. 74–76.

10. Судник Л.В. Витязь П.А., Ильющенко А.Ф. Алмазосодержащие абразивные нанокомпозиты. – Минск: Беларуская навука, 2012. – 319 с.

11. Болотов А.Н., Новиков В.В., Новикова О.О. Зависимость износа пары трения композиционный алмазосодержащий материал – керамика // Механика и физика процессов на поверхности и в контакте твердых тел, деталей технологического и энергетического оборудования. – Тверь, 2017. – № 10. – С. 153–157.

12. Витязь П.А. Наноалмазы детонационного синтеза: получение и применение: монография. – Минск: Беларусская навука, 2013. – 381 с.

13. Formation of wear- and corrosion-resistant coatings by the microarc oxidation of aluminum / M.A. Markov, A.D. Bykova, A.V. Krasikov, B.V. Farmakovskii, D.A. Gerashchenkov // Refractories and Industrial Ceramics. – 2018. – Vol. 59, iss. 2. – P. 207–214. – DOI: 10.1007/s11148-018-0207-3.

14. Zlotnikov I.I., Shapovalov V.M. Improving the antifriction properties of ceramic coatings obtained by the method of MAO on aluminum alloys // Journal of Friction and Wear. – 2019. – Vol. 40, iss. 5. – P. 360–363. – DOI: 10.3103/S1068366619050222.

15. ГОСТ 14706–78. Алмазы и инструменты алмазные. Термины и определения (с Изменением N 1): дата введения 1979–07–01. – М.: Изд-во стандартов, 1985. – 11 с. – URL: http://docs.cntd.ru/document/1200009427 (дата обращения: 14.07.2020).

16. Инструмент из металлизированных сверхтвердых материалов / Е.М. Чистяков, А.А. Шепелев, Т.М. Дуда, В.П. Черных. – Киев: Наукова думка, 1982. – 204 с.

17. Спеченные материалы из алюминиевых порошков / В.Г. Горпиенко, М.Е. Смагоринский, А.А. Григорьев, А.Д. Беллавин; под. ред. М.Е. Смагоринского. – М.: Металлургия, 1993. – 320 с.

18. Крагельский И.В. О критериях износа материалов // Доклады АН СССР. – 1959. – Т. 129, № 5. – С. 1016–1019.

19. Крагельский И.В., Добычин М.Н. Основы расчетов на трение и износ. – М.: Машиностроение, 1977. – 526 с.

20. Демкин Н.Б. Свойства фрикционного контакта // Трение и износ. – 1982. – Т. 3, № 4. – С. 586–595.

21. Демкин Н.Б., Рыжов Э.В. Качество поверхности и контакт деталей машин. – М.: Машиностроение, 1981. – 244 с.

22. Джонсон К. Механика контактного взаимодействия: пер. с англ. – М.: Мир, 1989. – 510 с.