Scientific journal
Modern high technologies
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,899

ANTI-FRICTIONAL PROPERTIES MODELING OF THE COMPOSITIONAL COATINGS BY SYSTEMS NI – ME2O3 (CORUNDE) – ME – P – TEFLON

Ivanov V.V. 1 Popov S.V. 1 Shcherbakov I.N. 1
1 South-Russian State Polytechnic University (Novocherkassk Polytechnic Institute)
The possible influence of the modified additions as the ultra dispersion powders of the simple and complex oxides (with corunde structure), the simple compounds with Mg and W structures and the teflon onto tribologic properties of the compositional Ni-P-coatings was analyzed.
modeling
synergic model of properties
compositional Ni-P-coatings

Для получения эффективных композиционных покрытий на основе никель-фосфорных покрытий используют, в частности, дисперсные материалы в виде простых оксидов состава Me2O3 (Me – Al, Cr) со структурой типа корунда (пр. гр. R 3c (z = 3)) или ультрадисперсные металлические порошки: Me – Cr, Mo, W, V, Ta с кубической структурой типа вольфрама (пр. гр. Im3m (z = 2)), Me – Ti, Zr с гексагональной структурой типа магния (пр. гр. P63/mmc (z = 2)). и твердый смазочный материал, в частности фторопласт, который существенно улучшает антифрикционные свойства любого покрытия.

В структуре типа корунда (αAl2O3) катионы Al3+ занимают октаэдрические позиции в гексагональной плотнейшей упаковке анионов. Вдоль направления [001] гексагональной ячейки пары AlO6–октаэдров объединены в октаэдрические димеры через общие грани и укороченные расстояния типа за счет связей преимущественно ковалентного характера. Соединения структурного типа корунда относятся к октаэдрическим структурам, основанным на частичном заполнении (2/3) октаэдрических пустот в ГПУ и принадлежат к следующему ряду структурных типов: Mg (P63/mmc(z = 2)) → FeCl3 (P3112(z = 6)) → TiO2 (P42/mna(z = 2)) → αAl2O3 (R 3c(z = 3)) → NiAs (P63/mmc(z = 2)).

Результаты моделирования фазово-разупорядоченного состояния некоторых покрытий [2, 3] и свойств их поверхности при трении с поверхностью стали марки Ст45, полученные в соответствии с [1], приведены в таблице. Свойства рассчитаны по формуле P = aPтв + (1 – α) Pсм + δP (Pтв – Pсм) при идентичных условиях (α – объемная доля фаз твердой компоненты покрытия). Учет эффекта синергизма в виде δР = 4(1 – α) α2 [1 – k (1 – kн)] проводили с использованием усредненных для композиционных Ni-P-покрытий значений размерного параметра k = 0,5 и параметра наноструктурности kн = 0,05 [1, 4, 5].

Отметим, что при анализе эффекта синергизма для электролитических композиционных Ni-B-покрытий аналогичный параметр kн принимает значения в интервале от 0,05 до 0,15 [6–13]. Рассчитанные величины трибологических свойств для некоторых композиционных покрытий системы Ni – Me2O3 – Me– P– фторопласт, приведенные в таблице, согласуются с полученными ранее экспериментальными данными [14– 1].

Общая характеристика возможного фазово-разупорядоченного состояния в композиционных покрытиях систем Ni – Me2O3 – Me – P [2, 3, 22]:

Me2O3 (корунд - пр. гр. R`3c (z = 3), Ме - Al, Cr, Fe, Co, Rh, Ga; MII0,5Ti0,5, MII0,5V0,5, где MII - Mg, Mn, Fe, Co, Ni, Cd), Me Me5/31/3O4 или NiMe2O4 (дефектная gMe2O3 или нормальная шпинель - пр. гр. Fd3m (z = 8),

Me - Al, Fe, Cr), Me (структурный тип Mg - пр. гр. P63/mmc (z = 2), Me - Al, Cr, Mo, W, V, Ta),

фосфиды MeP (сфалерит - пр. гр. F`43m (z = 4), Me - Al, Ga, In),

интерметаллиды в системах Ni-Me (Ме - Al, Fe, V, Ga, Cr, Ti; в частности, Ni3Al - пр. гр. Pm3m (z = 2), NiAl - пр. гр. Pm3m (z = 4), Al3Ni2 - пр. гр. P`3m1 (z = 1), Al3Ni - пр. гр. Pnma (z = 4)).

Фазовый состав и свойства некоторых композиционных покрытий системы Ni – Me2O3 – Me– P– фторопласт

Покрытие

Компоненты и фазовый состав

α

Скорость линейного износа, Iл, мкм/ч

Коэффициент трения, f

Ni-P

(тв.) Ni, Ni3P

0,92

5,95

0,25

(см.) Ni12P5, Ni2P

Ni-P

(фторопласт)

(тв.) Ni, Ni3P

0,90

5,0

0,20

(см.) Ni12P5, Ni2P, фторопласт

Ni-P

(Al2O3, Al)

(тв.) Ni, Ni3P, Al2O3, Ni3Al, AlP

0,89 – 0,90

4,6 – 4,8

0,23

(см.) Ni12P5, Ni2P, Al3Ni2, Al3Ni, AlOOH

Ni-P

(Al2O3, Al, фторопласт)

(тв.) Ni, Ni3P, Al2O3, Ni3Al, AlP

0,85

0,75

3,8

4,1

0,20

0,17

(см.) Ni12P5, Ni2P, Al3Ni2, Al3Ni, AlOOH, фторопласт

Ni-P

(Cr2O3, Cr)

(тв.) Ni, Ni3P, Cr2O3, CrNi, Cr3P, CrP

0,89 – 0,90

4,7 – 5,0

023

(см.) Ni12P5, Ni2P, CrOOH

Ni-P

(Cr2O3, Cr, фторопласт)

(тв.) Ni, Ni3P, Cr2O3, CrNi, Cr3P, CrP

0,85

0,75

4,0

4,4

0,21

0,17

(см.) Ni12P5, Ni2P, CrOOH, фторопласт

Таким образом, в системах Ni – Me2O3 – Me – P– фторопласт возможно образование фаз, дополняющих состав твердой и смазочной компонент композиционных Ni – P – покрытий. Возможно также формирование определенных интерметаллических фаз, которые могут обусловить адгезию покрытия к защищаемой основе. Синергическая модель определения трибологических свойств композиционных покрытий может быть использована для целенаправленного поиска новых эффективных модификаторов поверхности трения [23–25].