Voronezh, Voronezh, Russian Federation
UDK 621.793 Нанесение металлических и неметаллических покрытий. Металлизация. Нанесение проводниковых, полупроводниковых, резистивных, диэлектрических, магнитных покрытий и пленок из них
The problem of improving quality in the manufacture and restoration of working surfaces of friction pair parts is considered using the example of cylinders of automobile internal combustion engines and cutting elements of working parts of forestry machines, ensuring their self-sharpening during operation, using an improved method of plasma deposition and hardening of coatings.
PLASMA COATING, HARDENING, COATINGS OF VARIABLE COMPOSITION, SELF-SHARPENING OF WORKING ENGINE BLADES
1 Состояние вопроса исследования и актуальность работы
Одной из основных причин потери работоспособности машин является изнашивание деталей, вследствие которого процент отказов в процессе эксплуатации достигает 80 процентов и более [1-6]. Это обусловливает актуальность задачи повышения качества и износостойкости рабочих поверхностей деталей пар трения и режущих элементов рабочих органов машин, решение которой позволяет обеспечить увеличение ресурса машин. При этом использование подхода нанесения покрытий с переменным составом как функции координат поверхности дополнительно позволяет, во-первых, обеспечить равномерность изнашивания поверхностей трения при пространственно неравномерных изнашивающих воздействиях и, во-вторых, сэкономить на дорогостоящих высокоизносостойких составляющих покрытия [7].
К одному из эффективных подходов создания поверхностных слоев относится нанесение покрытий с помощью прогрессивных плазменных методов нанесения покрытий [8]. Имеющиеся недостатки данных методов, обусловленные перегревом, рекристаллизацией материала детали и ее короблением для плазменной наплавки, и недостаточными прочностными характеристиками покрытия для плазменного напыления, устраняются путем совершенствования самого процесса плазменного нанесения и упрочнением полученного покрытия (рис. 1) [9]. Одним из эффективных способов упрочнения покрытий является использование двухдуговых плазмотронов в режиме модуляции электрической мощности косвенной и прямой дуг (рис. 2), что позволяет повысить адгезионную и когезионную прочность покрытия, твердость и износостойкость. Однако данный способ не обеспечивает равномерности износа покрытия на всех участках рабочих поверхностей деталей при неравномерных изнашивающих нагрузках, и для данного способа не известны зависимости критериев комбинированного двухдугового процесса от его факторов как для трущихся поверхностей пар трения, так и для режущих поверхностей лезвий рабочих органов лесных машин.
Типичным примером первой группы поверхностей являются рабочие поверхности цилиндров ДВС, второй группы ‒ лемехи плугов. Анализ современной информации подтвердил актуальность решения данной проблемы и позволил выдвинуть гипотезы по устранению неравномерности изнашивания покрытия использованием покрытий переменного состава путем модуляции мощности выносной дуги плазмотрона и регулирования расхода твердой составляющей порошка в процессе нанесения покрытия (рис. 3) [7,10-13].
Рисунок 1 ‒ Пути повышения эффективности плазменного нанесения и упрочнения покрытий
|
+ |
|
+ |
|
– |
|
– |
|
ИП-2 |
|
ИП-1 |
|
V |
|
ṁп ,ṁтр |
|
ṁпл |
|
L |
|
h |
|
1 |
|
2 |
|
5 |
|
6 |
|
3 |
|
4 |
|
1 – катод; 2 – анод; 3 – косвенная (пилотная) дуга; 4 – прямая (вынесенная) дуга; 5 – подложка; 6 – покрытие; ИП-1, ИП-2 – источник питания косвенной и прямой дуги соответственно; |
|
1 – плазматрон; 2 – подложка; 3 – источник питания; |
|
Рисунок 2 ‒ Схема источника питания и процесса плазменного нанесения и упрочнения покрытия с обработкой поверхности выносной (прямой) дугой |
1. Kudinov, V.V. Plasma coating / V.V. Kudinov, P.Yu. Pekshev, V.E. Belashchenko, etc. - M.: Nauka, 1990. - 408 p. - ISBN 5-02-006040-2.
2. Suslov, A. G. Surface engineering of parts / A. G. Suslov, V. F. Bezyazychny, Yu. V. Pan-filov, etc. M.: Mechanical Engineering, 2008. - 320 p.
3. Puzryakov, A.F. Theoretical foundations of plasma spraying technology: Textbook. manual for the course “Technology of structures made of metal composites.” - 2nd ed., revised. and addi-tional - M.: Publishing house of MSTU im. N.E. Bauman, 2008. - 360 p.
4. Baldaev, L.Kh. Renovation and strengthening of machine parts using thermal spraying methods. Moscow, KHT Publishing House, 2004. - 134 p.
5. Kravchenko, I. N. Development of technology for applying multifunctional plasma coat-ings / I. N. Kravchenko, M. A. Glinsky, Yu. A. Shamarin, T. A. Chekha // Bulletin of the Federal State Educational Institution of Higher Professional Education "Moscow State Agricultural Engi-neering University named after V.P. Goryachkin.” 2017. No. 6(82). - P. 63-71.
6. Hasui A., Morigaki O. Surfacing and spraying. M.: Mechanical Engineering, 1985. 240 p.
7. Kadyrmetov, A.M. Peculiarities of processes of gas-flame application and strengthening of variable composition coatings on friction assemblies / Anvar Kadyrmetov, Julia Simonova, Mikhail Heifitz, Svetlana Yakenko // Materials Today: Proceedings doi: 10.1016 / j. matpr.2020.08.208. - pp. 1-10, - Access mode: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214785320360740?via%3Dihub.
8. Kadyrmetov, A. M. Modern technologies of plasma and gas-thermal coating processes in an open atmosphere / A. M. Kadyrmetov, Yu. E. Simonova, A. A. Plakhotin, D. V. Kolmakov // Modern materials, equipment and technology : collection of scientific articles of the 9th Internation-al Scientific and Practical Conference (December 28, 2019) / South-West. state University; in 2 vol-umes. Volume 1. - Course: South-West. State University, 2019. - pp. 226-238.
9. Kadyrmetov, A. M. Control of the efficiency of gas-dynamic processes of gas-flame spray-ing / A. M. Kadyrmetov, Yu. E. Simonova, E. V. Snyatkov, A. A. Plakhotin // In the collection: In-novative technologies in transport and chemical engineering. Materials of the XII International Sci-entific and Technical Conference of the Association of Mechanical Technologists. 2020. - pp. 45-56.
10. Kadyrmetov, A. M. Technology of plasma application and hardening of coatings in re-source-saving production processes [Text] / A. M. Kadyrmetov, Stanchev D. I., G. A. Sukhochev // Hardening technologies and coatings. - 2010. - No. 7(67). - pp. 29-36.
11. Sukhochev, G. A. Technological assurance of the quality of application of protective coatings by combined processing [Text] / G. A. Sukhochev, O. N. Kirillov, A. M. Kadyrmetov, D. M. Nebolsin, E. G. Smolyannikova // Strengthening technologies and coatings. - 2010. - No. 8(68). - pp. 39-44.
12. Kadyrmetov, A. M. Methods of plasma, with modulation of electrical parameters, appli-cation and hardening of coatings [Text] / A. M. Kadyrmetov // Automotive industry. - 2010. - No. 8 P. 37-39.
13. Kadyrmetov, A. M. Equipment for plasma application and hardening of coatings with modulation of electrical parameters [Text] / A. M. Kadyrmetov, Stanchev D. I., G. A. Sukhochev // Hardening technologies and coatings. - 2010. - No. 11(71). - pp. 41-48.
14. Kadyrmetov, A. M. Physical model of the mechanisms of dynamization of processes of plasma deposition and hardening of coatings using modulation of electrical parameters [Text] / A. M. Kadyrmetov, G. A. Sukhochev, A. F. Maltsev, D. A. Popov / / High technologies in mechanical engineering. - 2013. - No. 10. - pp. 19-26.
15. Kadyrmetov, A. M. Modeling the process of plasma spraying of coatings on parts of transport vehicles in the mode of modulating the power of the plasmatron arc / A. M. Kadyrmetov, M. V. Drapalyuk, V. I. Posmetyev, V. O. Nikonov // Polythematic Network electronic scientific journal of the Kuban State Agrarian University (Scientific Journal of KubSAU) [Electronic re-source]. - Krasnodar: KubGAU, 2012. - No. 10 (84). - Access mode: http://ej.kubagro.ru/2012/10/pdf/19.pdf, 0.625 u.p.l.
16. Kadyrmetov A. M. Mathematical model of thermal processes of plasma spraying with electromechanical processing of coatings / A. M. Kadyrmetov // Polythematic network electronic scientific journal of the Kuban State Agrarian University (Scientific journal of KubSAU) [Electronic resource]. - Krasnodar: KubGAU, 2013. - No. 04 (88). - Access mode: http://ej.kubagro.ru/2013/04/pdf/24.pdf, 1,438 u.p.l.
17. Kadyrmetov, A. M. Modeling the quality of coatings obtained by plasma spraying with simultaneous electromechanical processing [Text] / A. M. Kadyrmetov, G. A. Sukhochev, A. F. Maltsev // Hardening technologies and coatings. - 2013. - No. 8. - P. 39 43.
18. Kadyrmetov, A. M. Strengthening of sprayed plasma coatings by pulse modulation of the power of the external arc of a plasmatron [Text] / A. M. Kadyrmetov, E. V. Smolentsev, A. F. Maltsev, G. A. Sukhochev // Bulletin of the Voronezh State Technical University university. - 2014. - T. 10. - No. 1. - P. 336-341.
19. Kadyrmetov, A. M. Technological support for the restoration of standard internal com-bustion engine parts by plasma application and hardening of coatings / A. M. Kadyrmetov, E. V. Snyatkov, V. N. Bukhtoyarov, K. A. Radygin, A. K. Andryushchenko, I. A. Kichatov // Voronezh Scientific and Technical Bulletin. - 2020. - No. 2 (32). - pp. 177-190. Access mode: http://vestnikvglta.ru/gallery/177-190.pdf .
20. Simonova, Yu.E. Technology of applying coatings of variable composition to the working surfaces of friction units / Yu. E. Simonova // Author's abstract. diss. for academic qualifications Ph.D. degrees tech. Sci. - Voronezh, 2020. - 19 p.
21. Fayurshin, A.F. From field tests to laboratory tests / A.F. Fayurshin, R.F. Masyagutov, A.D. Musin // Achievements of science and innovation for agricultural production: materials of the national scientific conference, February 8-9, 2016 - Ufa: Bashkir State Agrarian University, 2016. - pp. 148-155.
