Формирование гидроабразивностойких оксидных покрытий на основе воздушно-термической модификации поверхностного слоя стальных изделий тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.07, кандидат наук Ромахин Александр Николаевич

• Ромахин Александр Николаевич
• кандидат наук
• 2015

Оглавление диссертации кандидат наук Ромахин Александр Николаевич

Введение

1. Методы упрочнения металлических поверхностей в современном машиностроении. Технологические особенности нанесения функциональных износостойких покрытий

1.1. Особенности взаимосвязи и износа поверхностей

1.1.1. Геометрические характеристики качества поверхности

1.1.2. Закономерности и механизмы изнашивания

1.1.3. Гидроабразивный износ

1.2. Характеристика и особенности методов упрочнения металлических поверхностей

1.2.1. Упрочнение материалов с изменением химического состава поверхностного слоя

1.2.2. Упрочнение, связанное с изменением структуры поверхностного слоя

1.2.3. Упрочнение с изменением энергетического запаса поверхностного слоя

1.2.4. Упрочнение с изменением микрогеометрии поверхности и наклепом

1.2.5. Упрочнение с изменением структуры всего объема металла

1.2.6. Упрочнение с образованием пленки на поверхности

1.3. Виды нанесения функциональных упрочняющих покрытий газотермическим способом

1.3.1. Газопламенное напыление проволокой или стержнями

1.3.2. Газопламенное напыление порошком

1.3.3. Газопламенное напыление пластиков

1.3.4. Сверхзвуковое газопламенное напыление

1.3.5. Детонационное напыление

1.3.6. Плазменное напыление

1.3.7. Лазерное напыление

1.3.8. Электродуговая металлизация

1.3.9. Холодное напыление

1.3.10. Функциональные оксидные покрытия в машиностроении и направления их промышленного применения

1.4. Общие сведения о стенде очистки жидкостей СОГ-923

1.4.1. Описание конструкции стенда

1.4.2. Устройство и принцип работы центрифуги

Выводы

2. Методика выполнения экспериментальных исследований

2.1. Модельные представления процесса формирования оксидных покрытий методом воздушно-термического оксидирования на изделиях из нержавеющих хромоникелевых сплавов

2.2. Опытные образцы для исследований и особенности их изготовления

2.3. Особенности формирования термических оксидных покрытий на стальных образцах

2.4. Методы исследования характеристик термических оксидных покрытий. Контрольно-измерительное оборудование ^аналитическая техника

Выводы

3. Результаты исследования комплекса свойств и характеристик упрочняющих термооксидных покрытий

3.1. Шероховатость и микрорельеф оксидных покрытий

3.2. Морфологические характеристики оксидных покрытий

3.3. Электронно-микроскопическое исследование структуры металлокерамических термооксидных покрытий

3.4. Исследование структуры и элементного (химического) состава металлооксидных керамических покрытий

3.5. Исследование механических свойств металлооксидных покрытий

3.6. Исследование толщины покрытий термооксидированных стальных образцов

Выводы

4. Испытание образцов с упрочняющими металлокерамическими

покрытиями на гидроабразивный износ

4.1. Методика проведения испытаний

4.2. Результаты испытаний и их анализ

4.3. Определение рациональных режимов воздушно-термического оксидирования

4.4. Рекомендации для применения на производстве и технологическая схема формирования оксидного покрытия

4.5. Технология и специализированное оборудование длятермооксиди-рования колец шнековых осадительных центрифуг в воздушной среде

4.6. Технологические рекомендации по воздушно-термическому оксидированию колец шнековых осадительных центрифуг

Выводы

Общие выводы по работе

Заключение

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Формирование гидроабразивностойких оксидных покрытий на основе воздушно-термической модификации поверхностного слоя стальных изделий»

Введение

В настоящее время машиностроительной отраслью России выпускается специализированное оборудование, отдельные детали которого работают в условиях гидроабразивного изнашивания и изготавливаются их нержавеющих хромоникелевых сталей, которые имеют невысокую твердость и износостойкость. Примером могут служить осадительные шнековые центрифуги, используемые для очистки производственных сточных вод, гальваностоков, смазочно-охлаждающих и моющих технологических жидкостей. К такому оборудованию относится стенд СОГ-923, изготавливаемый на предприятии города Саратова ОАО НИТИ-Тесар. При эксплуатации данной машины ее основной рабочий узел - шнек, подвергается гидроабразивному изнашиванию, что в дальнейшем приводит к выходу машины из строя. Винтовые лопасти шнека выполняются из листовой нержавеющей стали 12Х18Н9Т, толщиной 3 мм. Работает данный узел на скоростях 4000 об/мин в агрессивной гидроабразивной среде.

Винтовая спираль, идущая по периферии конической части шнека, при работе подвергается истиранию, воздействию агрессивных сред и гидроабразивному изнашиванию. Винтовая поверхность данного шнека должна иметь высокую гидроабразивную стойкость и параметр шероховатости не выше Яа 6,3 мкм, обусловленный технологическими режимами работы машины. Незащищенная поверхность колец шнека со временем изнашивается, что приводит к ухудшению качества очистки, а в дальнейшем - и выходу из строя осадительной центрифуги.

В качестве материалов для изготовления деталей, работающих в условиях гидроабразивного изнашивания также применяют такие материалы как титан и сплавы на его основе, однако использование данных металлов существенно увеличивает себестоимость продукции, именно поэтому они не нашли широкого промышленного применения. Нержавеющая хромоникелевая сталь обладает высокой коррозионной стойкостью, хорошей свариваемостью, пластичностью и меньшей стоимостью в сравнении с титановыми сплавами, однако имеет такие недостатки, как низкие показатели

твердости и гидроабразивной стойкости. В связи с этим шнеки из нержавеющих хромоникелевых сталей подвергают процессам повышения механических характеристик поверхности:

- газотермическое нанесение карбида вольфрама;

-термическая и химикотермическая обработка;

Газотермическим нанесением карбида вольфрама получают поверхность необходимой твердости (1000-1300 НУ), однако данный метод не обеспечивает заданного параметра шероховатости величиной до Яа 6,3 мкм и имеет высокую стоимость. Такие способы получения покрытий, как химикотермическая обработка, например, цементация и закалка (получаемая твердость покрытия до 400-500 НУ), требуют применения специализированного оборудования, а также длительны (до 7-ми часов).

Актуальность темы определяется необходимостью повышения гидроабразивной устойчивости изделий из нержавеющих хромоникелевых сталей путем формирования покрытия, параметр шероховатости которого не выше Яа 6.3 мкм, с применением ресурсосберегающих технологий и минимальными затратами на оборудование. В качестве прототипа был взят способ воздушно-термического оксидирования лопастей насосов из сплавов титана для защиты от кавитационного износа (Горынин И.В., Чечулин Б.В. Титан в машиностроении. М.: Машиностроение. 1990) [163, 164, 165].

Целью работы является исследование и разработка перспективного процесса воздушно-термического упрочнения поверхности деталей из нержавеющих хромоникелевых сталей для повышения их гидроабраз ивной устойчивости.

На основании анализа проблемы, возникшей при изготовлении машин, работающих в условиях гидроабразивного изнашивания, а также изучении перспективных методов повышения гидроабразивной и коррозионной устойчивости хромоникелевых сплавов необходимо решить следующие основные задачи:

1. Разработать методику создания тонкослойных оксидных покрытий на нержавеющих хромоникелевых сталях и методику исследования их свойств;

2. Экспериментально исследовать влияние режимов воздушно-

термического оксидирования стальных (12Х18Н9Т) образцов на физико-механические характеристики и структуру поверхности получаемых оксидных покрытий;

3. Определить рациональные режимы термомодифицирования поверхности деталей из хромоникелевых сплавов, работающих в условиях гидроабразивного изнашивания;

4. Разработать технологию, специализированное оборудование и дать технологические рекомендации по термооксидированию колец шнековых осадительных центрифуг в воздушной среде.

Научная новизна:

1. Экспериментально определены и научно обоснованы физико-технические условия получения оксидных покрытий с повышенной твердостью на поверхности стальных деталей из хромоникелевых сплавов, основанные на применении предварительной абразивноструйной обработки, позволяющей упрочнять тонкий слой исходного металла путем локальных микродеформаций и наклепа с повышением его химической активности и структурной неоднородности, которые усиливают реакционную способность поверхности при оксидировании и обеспечивают формирование механически прочных агломератов с микро- и наноразмерными частицами оксидов.

2. Установлены зависимости изменения химического состава, толщины, шероховатости поверхности, морфологии и микротвердости покрытий от режимов воздушно-термического оксидирования стальных образцов, показывающие, что с ростом температуры от 2500С до 4000С и продолжительности обработки от 0,5 ч до 1,5 ч происходит существенное изменение указанных характеристик покрытий.

3. Определены рациональные технологические режимы воздушно -термического оксидирования, позволяющие создавать при температурах /=350°С и продолжительности т=1,0 ч, т=1,5 ч и ?=400°С с т=0,5 ч, т=1,0 ч тонкопленочные гидро- и абразивоустойчивые покрытия на нержавеющих хромоникелевых сталях.

4. Разработана перспективная упрочняющая и ресурсосберегающая воздушно-термическая технология и нагревательное оборудование для повышения гидроабразивной стойкости поверхности нержавеющих хромоникелевых сталей, позволяющие существенно повысить твердость и ресурс поверхностного слоя деталей за счет создания механически прочных металлокерамических покрытий на основе смеси собственных оксидов металлов, входящих в состав хромоникелевого сплава.

Методы и средства исследований

Теоретические исследования производились с помощью аналитических методов, использовались положения технологии машиностроения и материаловедения. Экспериментальные исследования покрытий, созданных воздушно-термическим оксидированием, проводились в лабораторных условиях. Шероховатость и микрорельеф поверхности покрытий исследовались профилометрическим методом измерения параметров микронеровностей на микропроцессорном профилограф-профилометре «Калибр-117071», морфологические характеристики изучались методом бесконтактного определения размерных параметров частиц и углублений с использованием анализатора изображений микроструктур АГПМ-6М. Кроме того морфология поверхности покрытий изучалась методом растровой электронной микроскопии, с использованием комплекса MIRA II LMU, Tescan.

Элементный состав покрытий определялся методом энергодисперсионного рентгенофлуоресцентного анализа (ЭДРФА). Для данного метода использовалось оборудование INCAPentaFETx3, OXFORD Instruments по спектрам химических элементов на нескольких микроучастках термооксидированной стальной поверхности.

Механические свойства получаемых оксидных покрытий оценивали методами микро- и наноиндентирования при использовании высокоточного тестера механических свойств NANOVEA Ergonomie Workstation. Основными определяемыми величинами являлись твердость и модуль упругости оксидированной поверхности, которые исследовались при выбранных нагрузках, равных 100 мН и 10 мН, прикладываемых к индентору

Берковича.

Для анализа толщины пленочных термооксидных покрытий применялся прибор Calotest (Швейцария), позволяющий определять толщину PVD, CVD и других видов покрытий от 0,1 мкм до 50 мкм (рис. 2.7) методом формирования на поверхности образца сферической выемки [134].

Испытание образцов с упрочняющими металлокерамическими покрытиями на гидроабразивный износ проводилось исходя из моделирования режимов работы центрифуги на базе вертикально-сверлильного станка. Участки с разрушениями маркировались на микроизображениях, и путем программной обработки (Metallograph) определялась их размерность

Исследования проводились в сертифицированных лабораториях СГТУ им. Гагарина Ю.А. и экспериментальном участке завода ОАО «НИТИ-Тесар».

Достоверность полученных результатов обеспечивается использованием комплекса современного сертифицированного аналитического оборудования и подтверждается совпадением в частных случаях результатов экспериментальных данных, полученных автором, с результатами в технической литературе (твердость нержавеющей стали 12Х18Н9Т при цементировании, шероховатость поверхности титановых образцов).

Практическая ценность и реализация результатов работы

1. Установлена возможность повышения стойкости поверхности нержавеющих хромоникелевых сталей к гидроабразивному изнашиванию путем модификации методом воздушно-термического оксидирования.

2. Созданы опытные стальные 12Х18Н9Т образцы с оксидными покрытиями, обладающими повышенной твердостью, в 4-5 раз превышающей твердость поверхности той же стали после проката, и характеризуемые повышенной гидроабразивной устойчивостью в условиях предварительных лабораторных испытаний (1-2 % износа).

3. Разработана перспективная технология воздушно-термического упрочнения, которая относится к ресурсосберегающим и малоотходным процессам обработки нержавеющих сталей и обладает возможностью

широкого внедрения в современный машиностроительный комплекс.

4. Предложена конструкция специализированной нагревательной установки для воздушно-термической модификации поверхности стальных колец шнековых центрифуг с получением оксидных покрытий повышенной твердости.

5. Результаты работы могут с высокой эффективностью использоваться на предприятиях машиностроения, разрабатывающих и выпускающих шнековые центрифуги и их аналоги, запорную арматуру, детали насосов и турбин, работающих в условиях гидроабразивного изнашивания.

Апробация результатов работы: Диссертационная работа выполнялась при поддержке гранта РФФИ (номер проекта 13-03-00248). Основные положения диссертации были доложены, обсуждены и одобрены на конференциях различного уровня, таких, как: 2-ая международная научно-практическая конференция «Перспективы развития науки, техники и технологий» (г.Курск 2012); 2-ая международная научно-практическая конференция «Современные материалы, техника и технология» (г. Курск 2012); I-я международная научно-практическая конференция «Технические науки: современные проблемы и перспективы развития» (г. Йошкар-Ола 2012); 9-а международная научна практична конф. «Achievement of high school» (Болгария 2013); 12-ая всероссийская с международным участием научно-техническая конференция «Быстрозакаленные материалы и покрытия» (МАТИ 2013); IX Mi^dzynarodowej naukowi-praktycznej konferencji «Nauka i inowacja» (Польша 2013); II Международная конференция молодых ученых «Актуальные проблемы теории и практики электрохимических процессов» (г. Саратов 2014); 10-ая международна научна практична конф. «Динамиката на съвременната наука» (Болгария 2014); X mezinarodni vedecko-prakticka konference «Zpravy vedecke ideje - 2014» (Чехия 2014); II Международная научно-практическая конференция «Инжиниринг Техно» (г. Саратов 2014); X International scientific and practical conference «Fundamental and applied science» (Англия 2014).

Личный вклад автора заключается в планировании и проведении теоретических и экспериментальных исследований, систематизации полученных данных, формулировки выводов.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Физико-технические особенности и методика формирования упрочняющих оксидных покрытий методом воздушно-термического модифицирования поверхности нержавеющих хромоникелевых сталей для повышения их стойкости к гидроабразивному изнашиванию.

2. Влияние предварительной абразивноструйной обработки поверхности на физико-механические свойства и структуру получаемых оксидных покрытий.

3. Влияние технологических режимов воздушно-термической обработки на изменение параметров шероховатости, химического состава, структурно-морфологических характеристик, а также твердости, модуля упругости и толщины оксидных покрытий.

4. Технология и нагревательное оборудование для воздушно-термической модификации поверхности колец из нержавеющей стали марки 12Х18Н9Т, используемой при производстве шнековых осадительных центрифуг.

Публикации. В ходе выполнения диссертации опубликованы 23 работы, в том числе 7 статей в изданиях, включенных в перечень ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка используемой литературы. Текст диссертационной работы изложен на 164 страницах, содержит 79 рисунков, 20 таблиц, список используемой литературы включает 165 наименований.

1. Методы упрочнения металлических поверхностей в современном машиностроении. Технологические особенности нанесения функциональных износостойких покрытий

1.1. Особенности взаимосвязи и износа поверхностей

1.1.1. Геометрические характеристики качества поверхности

На эксплуатационные показатели деталей машин оказывают влияние такие характеристики качества поверхности, как параметры шероховатости. Придавая поверхности детали специальные свойства, можно значительно увеличить ресурс работы машин и механизмов [1, 2, 3].

На рисунке 1.1. показаны отклонения формы поверхности.

Рисунок 1.1 - Классификация геометрических характеристик качества

поверхности

Эксплуатационные свойства, долговечность деталей машин находятся в прямой зависимости от параметров качества поверхности. Вопросы связи качества обработанной поверхности с эксплуатационными показателями узлов механизмов достаточно изучены [2, 4, 91].

На рисунке 1.2 можно проследить влияние параметра шероховатости на такое свойство поверхности как износостойкость. Как видно из рисунка, в начальный момент при перемещении контактирующих плоских (рисунок 1.2 а) или цилиндрических (рисунок 1.2 б) поверхностей происходит срез вершин микронеровностей.

Степень и зависимость изнашивания поверхностей от времени работы можно наблюдать из графика (рисунке 1.2 г, д). На участке I за период

времени Т происходит этап приработки. При правильном режиме смазывания (рисунке 1.2 в) изнашивание протекает медленно (участок II). Данный период времени работы определяет срок службы деталей. Катастрофическое изнашивание характеризуется участком III.

На рис. 1.2 д кривая 2 характеризует износ поверхностей с меньшими начальными шероховатостями, чем кривая 1. При меньшей высоте шероховатости поверхностей время работы деталей будет большим (Т2> Т1) [3, 81].

Исходя из вышесказанного можно говорить о связи шероховатости и волнистости поверхности.

Волнистость является элементарным отклонением поверхности любой

формы. Она определяется на нормальном сечении поверхности.

Катаапрфчши

Рисунок 1.2 - Шероховатость поверхности Яа и её влияние на износостойкость:

а, б - схемы контакта сопряженных деталей по образующей (вдоль оси) и по окружности; в - идеализированный и фактический контакт поверхностей; г, д - типовые графики износа во временн

Для изделий с круглым сечением к волнистости относятся отклонения в

радиальном сечении, у которых шаг меньше 1/15 окружности [4, 73].

Долговечность деталей напрямую зависит от шероховатости поверхности. Разрушение деталей происходит из-за концентрации напряжений в неровностях. При уменьшении шероховатость поверхности также существенно увеличивается антикоррозионная стойкость[5].

Требования к качеству поверхности устанавливаются исходя из эксплуатационных условий работы детали.

ГОСТ 25142-82 устанавливает требования к шероховатости поверхности независимо от способа ее получения или обработки [6,7].

Параметры для нормирования шероховатости поверхности

Под параметром шероховатости поверхности следует понимать совокупность выступов и впадин, а так же расстояние между ними, определяющих рельеф неровности профиля.

Характер поверхности определяется параметрами неровностей, по числовым значениям, на основании которых происходит количественная оценка степени шероховатости. К параметрам шероховатости относят: 5 -средний шаг местных выступов профиля, Ятах - наибольшая высота неровностей профиля, Яа - среднее арифметическое отклонение профиля, Яг - высота неровностей профиля по десяти точкам, Яр - среднее квадратичное отклонение профиля, являющиеся параметрами высоты, 5т - средний шаг неровностей профиля.

Для определения числовых значений параметров неровностей используется специальная профильная система (рисунок 1.3). За начало отсчета в этой системе принята средняя линия профиля, характеризующая базовую линию 1-1' номинального профиля и определяющая длину базовой линии I. Измерение профиля базовой линии осуществляется по определенной ее длине, составляющей значения: 0,01; 0,03; 0,08; 0,25; 0,8; 2,5; 8; 25 мм, которые выбираются в зависимости от типа исследуемой поверхности. Рассматриваемая профильная система ограничена выступами и впадинами, так что линия

выступов 2-2' проходит через высшую точку профиля параллельно базовой линии в пределах базовой длины, а линия впадин 3-3' — через нижнюю точку профиля параллельно базовой линии в пределах той же базовой длины.

Рисунок 1.3 — Система определения параметров шероховатости

поверхности

Рассмотренные параметры шероховатости поверхности позволяют производить количественную оценку неровностей, выражая ее в микрометрах[7, 8, 9].

1.1.2. Закономерности и механизмы изнашивания

Расчет на износ деталей базируется на физических закономерностях износа материалов. Для определения вида изнашивания, необходим расчет граничных условий, расчет интенсивности изнашивания трущихся поверхностей [8, 73, 71]. От режима работы контактной пары зависит интенсивность и скорость изнашивания.

Разрушение поверхностей трения

Частицы металла во время трения поверхностей отделяются от основного металла, и размер этих частиц достигает нескольких микрометров. Отделяются данные частицы в результате воздействия температурных импульсов и нагрузок на неровности поверхности. Данное явление нашло отражение в классификации видов износа [9, 99, 101].

В настоящее время широко используют следующую классификацию

видов износа (рисунок 1.4):

1. Упругое оттеснение материала выступами контртела (действующая нагрузка не приводят к возникновению в зоне контакта напряжений, превышающих предел текучести). Износ в этом случае возможен лишь в результате фрикционной усталости (рисунок 1.4 а).

2. Пластическое оттеснение материала (контактные напряжения достигают предела текучести, но материал обтекает внедрившиеся выступы). Износ в данном случае будет результатом малоцикловой фрикционной усталости (рисунок 1.4 б).

3. Микрорезание (нарушается режим обтекания выступов деформируемым материалом). Разрушение в этом случае происходит при первых же взаимодействии (рисунок 1.4 в).

о 5 6 г

Рисунок 1.4 - Виды нарушения фрикционных связей: а - упругий контакт, б - пластический контакт, в - микрорезание, г -разрушение материала покрытия (пленки)

4. Адгезионное нарушение - процесс, сопутствующий усталостным процессам.

5. Когезионный отрыв возникает, если прочность фрикционной связи выше прочности лежащего ниже материала и происходит глубинное вырывание.

При упругом контакте износ связан с давлением степенной зависимостью, причем показатель степени больше единицы, при пластическом контакте он пропорционален удельному давлению [11, 162].

Знание закономерности изнашивания является необходимым условием для расчета контактных пар на износ [12, 159].

1.1.3. Гидроабразивный износ

Существуют следующие виды износа деталей машин:

1) Абразивный

Металл разрушается твердыми зернами абразива при пластическом деформировании. Данный вид износа присутствует в горной промышленности, строительной технике.

2) Газоабразивный

При газоабразивном износе на поверхность детали действуют твердые частицы, перемещаемые потоком газа. Металл разрушается в результате срезания и деформирования поверхности. Данный вид износа характерен для лопаток турбин, клапанов.

3) Гидроабразивный

Данный вид износа происходит при соударении твердых частиц с поверхностью детали в жидкости. Гидроабразивному износу подвержены лопасти гидротурбин, шнеки осадительных центрифуг.

4) Кавитационный

Данный вид износа возникает при соударении газовых пузырьков, образующихся при обтекании детали в высокоскоростном потоке жидкости при перепадах давления. Такому виду износа подвержены гребные лопасти гидротурбин.

5) Адгезионный

В условиях пластической деформации металла при трении двух поверхностей под нагрузкой, возникает адгезионный износ. Данный вид износа характерен для подшипников скольжения.

6) Тепловой

Тепловой износ возникает при температурах, близких к температурам размягчения металла, при этом происходит налипание и оплавление металла. Данный вид износа возникает при горячей прокатке труб.

7) Усталостный

Действие напряжений сдвига в контактных объемах металла приводит

17

к износу. При длительном циклическом действии напряжений в поверхностном слое металла образуются усталостные трещины. Износ характерен для пар трения качения и скольжения (рельсовые пути железнодорожного транспорта).

8) Фреттинговый

Фреттинговый износ — механический износ тел, пребывающих в контакте с условием малых колебательных их перемещений.

Стойкость против гидроабразивного изнашивания зависит от многих параметров, главные из которых: твердость, состав и структура наплавленных слоев.

В соответствии с ГОСТ 27674-88 износостойкость материала — это свойство материала оказывать сопротивление изнашиванию в определенных условиях трения, а также это один из триботехнических показателей изделий. Износостойкость деталей оценивается при испытаниях на стенде или в эксплуатационных условиях по длительности работы подвергаемых испытаниям материалов или изделий до заранее заданного или предельного значения износа. Она определяется как их условная техническая характеристика при испытании на специальных лабораторных машинах, обеспечивающих моделирование реальных процессов изнашивания [125127].

Гидроабразивное изнашивание — процесс постепенного изменения размеров, формы или состояния поверхности, происходящий в результате воздействия твердых абразивных частиц, взвешенных в жидкости и перемещающихся вместе с последней относительно изнашиваемой поверхности. Результатом гидроабразивного изнашивания деталей является гидроабразивный износ. Он является основным из факторов, определяющих эффективность применения гидромашин.

Сущность процесса гидроабразивного изнашивания заключается в совместном воздействии на изнашиваемую поверхность твердых частиц и несущей жидкости, которое проявляется в виде трения и ударного

контактирования твердых частиц и несущей жидкости с рабочими поверхностями центрифуг [12-14, 154, 155]. Процесс гидроабразивного изнашивания шнеков центрифуг является следствием суммарного действия всех видов разрушения: абразивного, кавитационного, эрозионного и коррозионного. Износ шнеков может быть либо равномерно распределенным по всей поверхности, либо возникающим только на определенных участках, наиболее подверженных гидроабразивному износу.

Обычно поток гидросмеси в каналах центрифуг турбулентен. Вместе с тем в потоке гидроабразивной смеси происходит интенсивное вихреобразование, которое обуславливает пульсации абразивных частиц жидкости, находящихся в вихревом движении. Вследствие наличия вихрей и турбулентности потока мгновенная скорость частиц может изменяться в любых направлениях. В результате этого твердые частицы, содержащиеся в потоке, ударяют по поверхности деталей под различными углами атаки, вызывая тем самым её износ [131, 132].

Обычно последствия износа гидромашин в результате изнашивания их рабочих деталей в гидроабразивных средах проявляются двояко. Во-первых, ухудшаются технологические и энергетические показатели машин (снижаются производительность и КПД; возрастают потери ценных компонентов и расход электроэнергии), во-вторых, для проведения ремонтных работ по устранению последствий износа рабочих деталей требуются значительные затраты труда, материалов и запчастей.

Основные методы защиты от гидроабразивного износа винтовых поверхностей шнеков можно разделить на:

1) активный

- применение новых конструкторских решений, снижающих контакт абразива и деталей центрифуги;

- снижение частоты вращения ротора центрифуги;

2) пассивный

- подбор износостойких материалов;

— применение наплавок;

— нанесение защитных покрытий;

3) режимный

— эксплуатация оборудования в диапазоне режимов, соответствующих минимальной интенсивности гидроабразивного износа [15-19, 156-158].

1.2. Характеристика и особенности методов упрочнения металлических

поверхностей

В различных отраслях промышленности, в том числе машиностроительном производстве, при работе механизмов в узлах, испытывающих знакопеременные нагрузки, парах трения, происходит износ деталей. Детали деформируются, вероятно вырывание металла с поверхности, в узлах механизмов образуются зазоры, что приводит к выходу машины из строя. Как правило, для механизмов требуются высокие качественные характеристики составляющих их деталей, таких как твердость, износостойкость, коррозионная стойкость. Нанесение функциональных покрытий на детали позволяет получить необходимую твердость поверхности детали в сочетании с пластичностью более глубоких слоев изделий [20, 150].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Ромахин Александр Николаевич, 2015 год

// / /

/ f / / / / /

_

/ -У /

J

[pjü

■

Глу бина проникновения индентора. мкм

Рисунок 3.44 - Кривые нагрузки (возрастающая область) и релаксации (ниспадающая область) при определении твердости и модуля упругости оксидированной поверхности стали 12Х18Н9Т с применением индентора Берковича: оксидное покрытие получено при

¿=350 С и т=1,5 ч

Покрытие, полученное при температуре 400°С и продолжительности 0,5 ч, имело значения твердости 3,64 ГПа при микроиндентировании и 3,79 ГПа при наноиндентировании (таблица 3.15; рисунок 3.45). Модуль

упругости металлооксидных структур отличался сравнительно высокими значениями, которые, в среднем, составили 440,5 ГПа при нагрузке на индентор 100 мН и 190,0 ГПа при нагрузке - 10 мН.

Таблица 3.15 - Твердость и модуль упругости оксидированной поверхности нержавеющей стали 12Х18Н9Т, полученной термообработкой на воздухе при температуре /=4000С и _продолжительности т=0,5 ч_

№ испытания Нагрузка, мН Глубина проникновения индентора, нм Твердость, ГПа Твердость по Виккерсу, НУ Модуль упругости, ГПа

тест 1 100 1103 3,621 342 383

тест 2 100 979 4,621 436 498

тест 3 100 1253 2,692 254 440

среднее значение 3,645 344 440,5

тест 4 10 373 3,479 328 128

тест 5 10 281 5,892 556 349

тест 6 10 483 2,001 189 93

среднее значение 3,79 358 190

1—1—'—'—1—|—1—'—1—1—I—1—'—1—'—|—'—'—1—'—I—1—'—1—1—I—'—'—1—■—г

Глубина проникновения индентора, мкм

Рисунок 3.45 - Кривые нагрузки (возрастающая область) и релаксации (ниспадающая область) при определении твердости и модуля упругости оксидированной поверхности стали 12Х18Н9Т с применением индентора Берковича: оксидное покрытие

получено при /=4000С и т=0,5 ч В условиях более продолжительного оксидирования опытных образцов

(в течение т=1,0 ч) при /=4000С формировались оксиды микротвердостью 4,35

ГПа и нанотвердостью 1,34 ГПа, что характеризует повышенный уровень их

износостойкости при гидроабразивном воздействии (таблица 3.16; рисунок

46). Модуль упругости покрытия имел высокие значения, равные 457,0 ГПа

при нагрузке 100 мН и 133,0 ГПа при нагрузке 10 мН. Покрытие с такими высокими механическими характеристиками может использоваться на стальных хромоникелевых деталях и эффективно выполнять свое функциональное назначение.

Таблица 3.16 - Твердость и модуль упругости оксидированной поверхности нержавеющей стали 12Х18Н9Т, полученной термообработкой на воздухе при температуре

и продолжительности т=1,0 ч_

№ испытания Нагрузка, мН Глубина проникновения индентора, нм Твердость, ГПа Твердость по Виккерсу, НУ Модуль упругости, ГПа

тест 1 100 1442 2,044 193 443

тест 2 100 832 6,651 628 470

тест 3 100 678 4,301 903 451

среднее значение 4,348 575 457

тест 4 10 548 1,551 146 72

тест 5 10 611 1,137 107 194

среднее значение 1,344 127 133

Глубина проникновения индентора, и км

Рисунок 3.46 - Кривые нагрузки (возрастающая область) и релаксации (ниспадающая область) при определении твердости и модуля упругости оксидированной поверхности стали 12Х18Н9Т с применением индентора Берковича: оксидное покрытие

получено при /=400°С и т=1,0 ч Покрытие, созданное при /=4000С и т=1,5 ч, характеризовалось

сильным уменьшением твердости как при микро-, так и при

наноиндентировании. При микроиндентировании твердость составила всего

1,04 ГПа, при наноиндентировании - 0,87 ГПа (таблица 3.17; рисунок 3.47).

Кроме того, в сравнении с покрытием, полученным при т=1,0 ч, модуль

упругости оксидных слоев снизился до 292,0 ГПа при нагрузке 100 мН и до 68,7 ГПа при нагрузке 10 мН, что указывает на невозможность применения такого покрытия в качестве функционального упрочняющего слоя.

Таблица 3.17 - Твердость и модуль упругости оксидированной поверхности нержавеющей стали 12Х18Н9Т, полученной термообработкой на воздухе при температуре

¿=4000С и продолжительности т=1,5 ч_

№ испытания Нагрузка, мН Глубина проникновения индентора, нм Твердость, ГПа Твердость по Виккерсу, НУ Модуль упругости, ГПа

тест 1 100 2089 0,973 91 179

тест 2 100 2096 0,931 87 405

тест 3 100 1825 1,211 114 292

среднее значение 1,038 97 292

тест 4 10 656 1,009 95 112

тест 5 10 840 0,637 60 39

тест 6 10 682 0,971 91 55

среднее значение 0,872 82 68,7

Глубина проникновения индентора. мкм

Рисунок 3.47 - Кривые нагрузки (возрастающая область) и релаксации (ниспадающая область) при определении твердости и модуля упругости оксидированной поверхности стали 12Х18Н9Т с применением индентора Берковича: оксидное покрытие

получено при ¿=4000С и т=1,5 ч

Таблица 3.18 - Среднестатистические значения твердости и модуля упругости тонкопленочных покрытий, сформированных на стали 12Х18Н9Т воздушно-термическим _оксидированием при различных технологических режимах_

Режим оксидирования Нагрузка на индентор Берковича, мН

100 (микроиндентирование) 10 (наноиндентирование)

t,°C т, ч Твердость, ГПа Твердость по Виккерсу, Модуль упругости, ГПа Твердость, ГПа Твердость по Виккерсу, Модуль упругости, ГПа

250 0,5 3,0 284,3 481,5 2,83 267,5 185,0

1,0 2,11 199,6 347,0 1,98 150,5 137.1

1,5 1,61 152,6 584,0 1,83 173,0 110,0

300 0,5 1,42 134,0 455,0 0,77 73,4 158,6

1,0 3,83 362,1 407,0 1,07 101,4 40,3

1,5 1,95 185,0 168,0 0,64 60,2 37,0

350 0,5 3,41 322,0 106,0 5,10 482,0 193,5

1,0 3,54 334,0 250,8 1,26 118,0 65,3

1,5 4,02 380,0 287,5 7,02 662,0 434,6

400 0,5 3,64 344,0 440,5 3,79 358,0 190,0

1,0 4,35 575,0 457,0 1,34 127,0 133,0

1,5 1,04 97,0 292,0 0,87 82,0 68,7

Проведены исследования основных механических свойств тонких металлооксидных покрытий, сформированных на стальных (12Х18Н9Т) подложках методом воздушно-термического модифицирования в воздушной атмосфере. Покрытия были получены при различных температурных режимах и временных условиях обработки в кварцевой цилиндрической электропечи сопротивления [165].

На основании результатов измерений микротвердости (таблица 3.18) в программе Data Fit v.9 были получены математическая модель и графическая зависимость твердости покрытия Н (ГПа) от температуры t (°С) и продолжительности оксидирования т (ч) (рисунок 3.49), а так же математическая модель и графическая зависимость модуля упругости покрытия Е (ГПа) от температуры t (°С) и продолжительности оксидирования

т (ч).

Н100 =-12,51 + 6,67 • 10 2 • 1 + 9,17 •т- 8,07 • 10-5 • I2 - 3,79 -г2 - 7,1 • 10 3 • 1 •т

и

Рисунок 3.49 - Графическая зависимость твердости покрытия Н (ГПа) от температуры I (°С) и продолжительности оксидирования т (ч)

Наибольшие значения микро твердости покрытия получены при режимах оксидирования /=3500С, т=1,5 ч и /=4000С с т=0,5 ч, т=1,0 ч, что говорит о высоком качестве покрытия и возможности его использования в гидроабразивных средах.

Е100 = 108,62 • г - 0,37 • г2 + 4,15 • 10-4 • I3 + 71,22 • т - 54,55 • т2 - 9813,08

Рисунок 3.50 - Графическая зависимость модуля упругости покрытия Е (Г! 1а) от температуры I (°С) и продолжительности оксидирования т (ч)

Наибольшие значения модуля упругости покрытия были получены при режимах оксидирования /=400°С, т=0,5 ч, т=1,0 ч. Данный показатель говорит о высокой степени адгезии основного металла и покрытия, а так же исключает возможность скалывания оксидной пленки при контакте с абразивными частицами.

Результаты экспериментов, выполненных методом микро- и наноиндентирования с применением индентора Берковича в виде трехгранной алмазной пирамидки, показали, что рациональными режимами при обработке деталей их хромоникелевых сплавов являются режимы оксидирования /=400°С с т=0,5 ч, т=1,0 ч.

3.6. Исследование толщины покрытий термооксидированных

стальных образцов

В эксперименте при исследовании толщины полученных оксидных слоев на стали 12Х18Н9Т применялся металлический шарик диаметром ^=1 мм, частота его вращения составляла 300 об/мин, время истирания покрытия по толщине равнялось тист=1500 с.

В итоге получены оптико-микроскопические изображения экспериментальных участков поверхности образцов со сферическими пятнами разрушений и определены значения толщины покрытий, сформированных при различных режимах термического оксидирования (рисунки 3.48-3.51).

т=1,5 ч

Толщина покрытий составляет: ^=2,7 мкм при т=0,5 ч; ^=3,5 мкм при т=1,0 ч; ^=3,7 мкм при т=1,5 ч

т=1,5 ч

Толщина покрытий составляет: ^=3,7 мкм при т=0,5 ч; ^=4,3 мкм при т=1,0 ч; ^=4,8 мкм при т=1,5 ч

Рисунок 3.49 - Пятна разрушения покрытий, полученные методом истирания поверхности металлическим шариком й=\ мм при определении толщины оксидных слоев на стали \2Х\8Н9Т, сформированных при 300°С и различной продолжительности

оксидирования

т=0,5 ч

т=1,0 ч

т=1,5 ч

Толщина покрытий составляет: ^=4,2 мкм при т=0,5 ч; ^=4,7 мкм при т=1,0 ч; ^=5,2 мкм при т=1,5 ч

Рисунок 3.50 - Пятна разрушения покрытий, полученные методом истирания поверхности металлическим шариком й=1 мм при определении толщины оксидных слоев на стали 12Х18Н9Т, сформированных при 3500С и различной продолжительности

оксидирования

т=1,5 ч

Толщина покрытий составляет: ^=4,3 мкм при т=0,5 ч; ^=4,8 мкм при т=1,0 ч; ^=5,6 мкм при т=1,5 ч

Рисунок 3.51 - Пятна разрушения покрытий, полученные методом истирания поверхности металлическим шариком й=\ мм при определении толщины оксидных слоев на стали 12Х18Н9Т, сформированных при 400°С и различной продолжительности

оксидирования

Результаты исследования толщины покрытий показали, что в зависимости от повышения температуры и продолжительности воздушно-термической обработки плоских стальных образцов толщина металлооксидов возрастает и подчиняется нормальным условиям роста толщины оксидов при реакционном химико-термическом взаимодействии металлов, входящих в состав сплава 12Х18Н9Т, с кислородом воздуха (таблица 3.19).

Построены графические зависимости изменения толщины пленочных оксидных структур, получаемых при различных технологических условиях воздушно-термической обработки (рисунок 3.52), и установлено, что выбранные режимы оксидирования позволяют формировать тонкие поликристаллические слои, которые могут применяться на стальных изделиях в качестве функциональных защитных, декоративных и упрочняющих покрытий [164].

Таблица 3.19 - Результаты исследования толщины термооксидных покрытий, полученных на нержавеющей стали 12Х18Н9Т при различной температуре и _продолжительности обработки_

продолжительность\температура 250 300 350 400

0,5 2,7 мкм 3,7 мкм 4,2 мкм 4,3 мкм

1,0 3,5 мкм 4,3 мкм 4,7 мкм 4,8 мкм

1,5 3,7 мкм 4,8 мкм 5,2 мкм 5,6 мкм

термического оксидирования Таким образом, выполненные исследования показывают принципиальную

возможность получения тонкопленочных функциональных оксидных слоев при

воздушно-термическом оксидировании нержавеющих хромоникелевых сплавов.

Выводы

1. Способом термического оксидирования нержавеющей стали 12Х18Н9Т на воздухе получены керамические покрытия на основе собственных металлооксидных соединений. Методом индентирования исследованы механические свойства упрочняющих воздушно-термических покрытий и определена твердость пленочных оксидных систем на микро- и наноуровне. Измерен модуль упругости полученных оксидов при двух характерных видах нагрузки на индентор Берковича - 100 мН и 10 мН. Установлено влияние температуры и продолжительности воздушно -термической обработки на изменение указанных механических свойств тонкопленочных покрытий. При этом, результаты показали, что наибольшими значениями твердости на микро- и наноуровне обладают тонкопленочные покрытия, созданные при режимах оксидирования /=3500С с т=0,5 ч, т=1,0 ч, т=1,5 ч и /=4000С с т=0,5 ч, т=1,0 ч.

2. Определено влияние температурных режимов оксидирования на структурообразование оксидно-керамических слоев. Проведен анализ влияния исходного состояния поверхности стальных образцов на формирование морфологии пленочных оксидных систем.

3. Исследован состав, характеристики прочности и морфология металлооксидных пленочных покрытий, создаваемых термическим оксидированием стали 12Х18Н9Т в воздушной реакционной среде. Установлено, что оксидирование исходно микрошероховатых поверхностей образцов способствует получению микро- и наноструктурированных покрытий с высокими физико-механическими свойствами.

4. Методом растровой электронной микроскопии проведены исследования структурного состояния металлокерамических оксидных покрытий, полученных на стали 12Х18Н9Т термическим модифицированием в воздушной среде, и установлено влияние технологических режимов упрочняющей термообработки на изменение морфологических параметров покрытий, их микро- и наноразмерные структурные характеристики.

Установлено, что при термическом модифицировании поверхности стальных подложек формируются поликристаллические металлооксидные пленки с разной морфологической структурой и геометрией оксидных частиц. Проанализированы размерные эффекты в полученных пленках и дана характеристика взаимосвязи структуросоставляющих элементов оксидных систем с режимами упрочняющей термообработки нержавеющей хромоникелевой стали.

Глава 4. Испытание образцов с упрочняющими металлокерамическими

покрытиями на гидроабразивный износ

4.1. Методика проведения испытаний

В качестве опытных образцов были взяты прямоугольные пластины площадью рабочей поверхности 2 см и толщиной 3 мм. Материалом образцов являлась нержавеющая хромоникелевая сталь 12Х18Н9Т (ГОСТ 5632-2014). На предварительно подготовленную с помощью пескоструйной обработки и УЗ-очистки поверхность пластинчатых образцов методом воздушно-термического оксидирования нанесены металлокерамические оксидные покрытия при температурах 250, 300, 350 и 400° С с продолжительностью обработки 0,5, 1,0 и 1,5 ч (согласно методике раздела 2.1).

Испытание поверхности, модифицированной твердыми оксидными частицами путем нагрева и выдержки образцов в воздушной среде, проводилось на лабораторной установке, созданной на базе вертикально-сверлильного станка СН 16 (г. Стерлитамак) (рисунок 4.1).

Рисунок 4.1 - Конструкция установки для модельных гидроабразивных испытаний: а - схема лабораторной установки для испытания образцов: ЭП - электропривод, ГС - гидроабразивная среда, К - кронштейн, ИО - испытываемые образцы; б - кронштейн с испытываемыми образцами

в патроне

На кронштейн в виде планки со штоком крепились образцы, которые

фиксировались с помощью винтового прижима на обеих сторонах планки (рисунок 4.1). Данные параметры испытаний характерны для условий работы деталей, работающих при гидроабразивном изнашивании, таких как лопатки турбин, корпусные детали, шнеки осадительных центрифуг. Скорость вращения ю патрона с кронштейном составляла 2500 об/мин, а продолжительность испытания каждого образца - 42 ч (по 6 часов в день в течение 7-ми суток). В качестве модельной гидроабразивной среды использовалась вода (5 л), кварцевый песок (50 г), металлическая стружка (50 г), корундовый абразив, дисперсностью 300 мкм (50 г) (рисунок 4.2). Все компоненты среды помещались в цилиндрическую ванну и перемешивались. Затем кронштейн с закрепленными образцами, который фиксировался в патроне вертикально-сверлильного станка, погружался в ванну с приготовленной гидроабразивной средой, после чего создавалось его вращение.

Рисунок 4.2 - Виды модельного абразива, применяемого для испытаний в

гидросреде

По завершении испытаний все исследуемые образцы подготавливались для оптико-микроскопического анализа структуры поверхности покрытий с целью определения степени их гидроабразивного износа и характера разрушения металлокерамического слоя. Для такого анализа применялся микроскоп МБС-10 с программным обеспечением, с помощью которого исследовалась структура покрытий испытанных стальных образцов при увеличении в 150 крат. При этом выявлялись зоны абразивного разрушения и определялись характерные признаки износа на всей площади исследуемой

поверхности. Участки с разрушениями маркировались на микроизображениях, и путем программной обработки (Metallograph) определялась их размерность. После обработки результатов оптико-микроскопического анализа выявлялись режимы термического модифицирования образцов, обеспечившие получение покрытий с наиболее высоким сопротивлением гидроабразивному износу.

4.2. Результаты испытаний и их анализ

На рисунках 4.3-4.6 представлена структура поверхности исследуемых покрытий после испытания образцов в условиях гидроабразивного изнашивания. На изображениях маркером отмечены микроучастки локальных разрушений с характерным металлическим блеском.

т=0,5 ч

т=1,0 ч

т=1,5 ч

т=0,5 ч

т=1,0 ч

т=1,5 ч

т=0,5 ч

т=0,5 ч

т=1,0 ч

т=1,5 ч

100 мкм

Рисунок 4.6 - Микроизображения поверхности образцов с покрытиями, полученными ВТО при 1=400 °С и различной т, после испытаний на гидроабразивный

износ

С помощью программы Metallograph получены инверторные монохроматические изображения исследуемых поверхностей, где черные микрополя представляют участки износа покрытий (рисунки 4.7-4.10). Кроме того, путем программной обработки элементов темнопольных изображений определена степень износа поверхности образцов в процентах. Для получения среднестатистической информации по гидроабразивному износу программной обработке подвергалось не менее 3-х участков поверхности каждого покрытия с расчетом среднего значения степени износа.

т=0,5 ч (износ поверхности - 4%)

т=1,0 ч (износ поверхности - 7%)

т=1,0 ч (износ поверхности - 6%)

т=0,5 ч (износ поверхности - 5%)

т=1,0 ч (износ поверхности - 2%)

т=1,5 ч (износ поверхности - 4%)

Рисунок 4.8 - Инверторные монохроматические изображения поверхности покрытий, полученных при ¿=300 °С и различной т, после испытаний на гидроабразивный

износ

т=0,5 ч (износ поверхности - 1%)

т=1,5 ч (износ поверхности - 1,5%)

Рисунок 4.9 - Инверторные монохроматические изображения поверхности покрытий, полученных при ¿=350 °С и различной т, после испытаний на гидроабразивный

износ

т=0,5 ч (износ поверхности - 1%)

т=1,0 ч (износ поверхности - 1%

т=1,5 ч (износ поверхности - 10%)

Таблица 4.1 - Результаты статистической программной обработки инверторных монохроматических изображений покрытий после лабораторных испытаний образцов

на стойкость к гидроабразивному износу

Режим

получения Степень

оксидного гидроабразивного

покрытия износа покрытий, %

С т, ч

250 0,5 4

1,0 7

1,5 6

300 0,5 5

1,0 2

1,5 4

350 0,5 1

1,0 2

1,5 1,5

400 0,5 1

1,0 1

1,5 10

Анализ полученных результатов статистической программной обработки инверторных монохроматических изображений покрытий после лабораторных испытаний образцов на стойкость к гидроабразивному износу (таблица 4.1) показал, что с изменением режимов оксидирования образцов прослеживается зависимость степени разрушения защитного покрытия от температуры и продолжительности оксидирования.

4.3. Определение рациональных режимов воздушно-термического

оксидирования

При температуре оксидирования /=250 °С с помощью программной обработки изображений получена количественная оценка износа оксидного покрытия в диапазоне от 4 до 7%. При анализе полученных микроизображений (рисунок 4.3) наблюдаются множественные локальные разрушения оксидного слоя, расположение участков износа носит неоднородный характер на поверхности образцов. При анализе формы и размеров разрушенных участков наблюдается гетерогенный характер пятен

износа.

Твердость металлооксидной пленки, сформированной при /=250 °С и т=0,5; 1,0; 1,5 ч, имела значения в диапазоне от 152 до 284 единиц по шкале HV при нагрузке 100 мН (таблица 3.7; рисунок 3.36). При этом модуль упругости составлял 347-584 ГПа при нагрузке на индентор 100 мН.

Опираясь на результаты измерения характеристик поверхности оксидного слоя, характер и степень разрушения покрытия, можно сделать вывод о недостаточной твердости и износостойкости защитного металлокерамического слоя, полученного при /=250 °С и т=0,5; 1,0; 1,5 ч для использования на деталях, подвергаемых гидроабразивному изнашиванию.

При температуре оксидирования /=300 °С и продолжительности т=0,5; 1,5 ч, были получены результаты износа поверхности 5 и 4 % соответственно, а при продолжительности 1,0 час, износ составил 2 %. Полученные результаты говорят о увеличении характеристик износостойкости покрытия. Участки разрушения оксидного слоя имеют неравномерный характер распределения на поверхности образцов при данной температуре оксидирования (рисунок 4.4), размеры и форма следов износа неоднородны по своей структуре, наблюдаются как крупные участки разрушения, так и незначительные сколы покрытия.

Твердость металлооксидной пленки, сформированной при /=300 °С и т=0,5; 1,5 ч, имела значения в диапазоне от 134 до 185 HV при нагрузке 100 мН (таблица 3.9; рисунок 3.39). При этом модуль упругости составлял 168455 ГПа при нагрузке на индентор 100 мН. Покрытие, сформированное при /=300 °С и т=1,0 ч отличается от предыдущих результатов повышенной твердостью, равной 362 HV и сравнительно высоким модулем упругости 407 ГПа. Наблюдается зависимость результатов измерения твердости и износостойкости покрытия, равной 2 % (таблица 4.1). Однако, при данном режиме оксидирования наблюдаются разноразмерные участки разрушения покрытия, которые имеют локализованный характер расположения на поверхности, что также негативно скажется на износостойкости покрытия в

гидроабразивной среде.

При режимах обработки /=350 °С и продолжительности т=0,5; 1,0; 1,5 ч, износ покрытия составил 1 -2 %. Полученные результаты свидетельствуют о высоких характеристиках износостойкости поверхности. Количество участков разрушения минимально в сравнении с предыдущими режимами оксидирования, сколы покрытия имеют распределенный характер расположения на поверхности (рисунок 4.4), это говорит о высокой однородности покрытия.

Твердость металлооксидной пленки, сформированной при /=350 °С и т=0,5; 1,0; 1,5 ч, имела значения 322; 334; 380 HV соответственно при нагрузке 100 мН (таблица 3.12; рисунок 3.42). При этом модуль упругости имел тенденцию к увеличению с ростом продолжительности оксидирования при данной температуре от 106 до 287 ГПа при нагрузке на индентор 100 мН.

Основываясь на результатах измерения характеристик поверхности оксидного слоя, характере и степени разрушения покрытия, можно сделать вывод о высокой твердости и износостойкости защитного металлокерамического слоя, полученного при /=350 °С и т=1,0; 1,5 ч для использования на деталях, подвергаемых гидроабразивному изнашиванию. Покрытие, сформированное при продолжительности 0,5 ч имеет низкий модуль упругости, равный 106 ГПа, что может привести к его разрушению при деформации колец шнека и в связи с этим не рекомендуется к применению в гидроабразивных средах.

При температуре оксидирования /=400 °С и продолжительности т=0,5; 1,0 ч, были получены значения износа поверхности 1 %. Полученные результаты говорят о высоких характеристиках износостойкости покрытия. Размеры и участки разрушения оксидного слоя имеют равномерный характер распределения на поверхности образцов при данной температуре оксидирования (рисунок 4.4), размеры следов износа составляют несколько десятков микрометров, что заметно меньше, чем в предыдущих режимах обработки, наблюдаются однородные равнораспределенные участки

разрушения на поверхности образцов.

При продолжительности оксидирования 1,5 часа, износ составил 10 %. При анализе полученных микроизображений (рисунок 4.6) наблюдаются множественные локальные разрушения оксидного слоя, расположение участков износа носит неоднородный характер. При определении формы и размеров разрушенных участков наблюдается разноразмерный характер пятен износа, что говорит о высокой степени разрушения покрытия.

Твердость металлооксидной пленки, сформированной при /=400 °С и т=0,5; 1,5 ч, имела значения равные 344 и 575 HV при нагрузке 100 мН (таблица 3.9; рисунок 3.38). При этом модуль упругости составлял 440 и 457 ГПа при нагрузке на индентор 100 мН соответственно.

Покрытие, сформированное при /=400 °С и т=1,5 ч отличается от предыдущих результатов пониженной твердостью, равной 97 HV и модулем упругости 292 ГПа. Наблюдается зависимость результатов измерения твердости и износостойкости покрытия, равной 10 % (таблица 4.1). В данном случае можно говорить о значительном понижении износостойкости при уменьшении твердости покрытия. При данном режиме оксидирования наблюдаются разноразмерные и крупные участки разрушения покрытия, в сравнении с предыдущими результатами. Сколы покрытия имеют ассиметричную, неправильную форму, участки разрушения оксидного слоя легко различимы на поверхности даже невооруженным глазом. Данный режим получения покрытия является критическим, толщина слоя достигает наивысших значений в эксперименте (таблица 3.19), поверхность оксидной пленки не способна противостоять износу в гидроабразивной среде и поэтому не рекомендуется для применения на производстве.

Результаты экспериментов, выполненных методом микро- и наноиндентирования с применением индентора Берковича в виде трехгранной алмазной пирамидки, а также результаты гидроабразивных испытаний показали, что наиболее предпочтительными для использования на нержавеющих деталях, работающих в гидроабразивной среде, являются

покрытия, сформированные при режимах оксидирования /=3500С с т=1,0 ч, т=1,5 ч и /=4000С с т=0,5 ч, т=1,0 ч.

4.4. Рекомендации для применения на производстве и технологическая

схема формирования оксидного покрытия

На основе анализа проведенных исследований термически модифицированных нержавеющих образцов можно сделать следующие выводы: для упрочнения деталей, работающих в условиях гидроабразивного износа, целесообразно применение воздушно-термического оксидирования поверхности. Данный метод обработки показал высокую степень гидроабразивной стойкости поверхности нержавеющей стали, сопоставимый по характеристикам обработанной поверхности с таким видом обработки как цементирование. Воздушно-термическое оксидирование позиционируется как ресурсосберегающая, инновационная технология в машиностроении, требующая меньших затрат на внедрение в производство, чем другие методы упрочнения.

При анализе шероховатости и микрорельефа поверхности обработанных образцов, морфологических характеристик, химического состава, механических свойств, толщины и на основе проведенных испытаний образцов можно сделать следующие выводы: покрытие, сформированное при температуре /=400 °С и продолжительности оксидирования т=1,0 ч, является одним из рациональных режимов при обработке нержавеющих хромоникелевых колец шнековых центрифуг. Также составлена технологическая схема формирования оксидного покрытия (рисунок 13).

Педварительная очистка заготовок

Абразивоструйная обработка корундовым абразивом А1203; дисперсность 250 мкм; давление струи - 0,67 Мпа; продолжительность 30 сек на 50см

Ультразвуквая очистка в водном растворе этилового спирта; частота колебаний 22 кГц; продолжительность - 3 мин; температура 50-70°С

Промывка в дистиллированной воде

Сушка изделий на воздухе

Воздушно-термическое оксидирование 1=400°С, т=1,0ч.

Контроль

— Ка<6.3 мкм;

НУ>500

Первым этапом является предварительная очистка деталей. Далее детали подвергают абразивоструйной обработке корундовым абразивом, дисперсностью 250 мкм, давление струи 0,67 МПа, продолжительность

Л

обработки 30 сек на каждые 50 см обрабатываемой поверхности. Далее для удаления жировых загрязнений и остатков абразива детали помещают в ультразвуковую ванну в водный раствор этилового спирта и подвергают ультразвуковой очистке с частотой 22кГц, продолжительностью 3мин и температуре от 50 до 70°С. Далее заготовки помещают в сушильный шкаф, либо сушат на воздухе для удаления остатков спиртового раствора. После этого производят воздушно термическое оксидирование в конвекционной печи нагрева при температуре 400°С и продолжительностью обработки 1 час, при естественной циркуляции атмосферного воздуха в печи. Далее из партии обработанных деталей производят выборку (8-10% от общего количества заготовок) и контролируют параметр шероховатости Ra, который не должен превышать 6,3 мкм (для колец центрифуг) и твердость по Викерсу HV не менее 500 единиц.

4.5. Технология и специализированное оборудование для термооксидирования колец шнековых осадительных центрифуг

в воздушной среде

Принципиально важной проблемой создания покрытий на стальных заготовках является эффективность применения нагревательного оборудования. Обычно, модификация изделий для повышения физико-механических свойств поверхности осуществляется в специализированных камерах (например, при цементации). При этом известные промышленные устройства предусматривают, в основном, обработку типовых заготовок. Эти термические устройства характеризуются большим габаритом, повышенной энергоемкостью и низкой технологической эффективностью при обработке малогабаритных колец шнековых осадительных центрифуг.

Указанные характерные требования сильно ограничивают применимость существующего оборудования к производству колец шнековых осадительных центрифуг. Поэтому для оксидирования колец разработана специализированная малогабаритная электропечь сопротивления, позволяющая производить обработку в воздушной среде, а также осуществлять ускоренное охлаждение оксидированных изделий.

Для получения термооксидных покрытий способом воздушно-термического оксидирования разработана однокамерная цилиндрическая электропечь сопротивления, конструкция которой предусматривает свободный доступ воздуха в ее рабочий объем (рисунок 4.12).

Такая электропечь состоит из цилиндрической камеры 1, открытой с двух сторон для свободной циркуляции воздушной среды в рабочем объеме. Внутри камеры 1 расположена термопара 9, а снаружи на корпусе - система нагрева в виде нагревательного элемента 4, соединенного с токоизолированными электрическими выводами 8 источника питания и закрытыми с внешней стороны кожухом 3 с прокладками из теплоизолирующего материала, а также систему охлаждения в виде двух охлаждающих контуров 2 и 5 со штуцерами для обеспечения циркуляции жидкой среды.

Выполнение камеры оксидирования открытой с двух сторон - создает возможность заполнения всего объема камеры воздушной окислительной средой, необходимой для осуществления процесса оксидирования заготовок.

При использовании данной электропечи сначала производят загрузку оснастки 6 с обрабатываемыми изделиями 7 в цилиндрическую камеру 1 и включают нагревательный элемент 4 для обеспечения заданной температуры в камере 1, используя при этом термопару 9. При достижении определенной температуры в камере с воздушной окислительной средой осуществляют процесс оксидирования в течение требуемой продолжительности обработки. По окончании воздушно-термического оксидирования нагревательный элемент 4 отключают от источника питания, включают прокачку охлаждающей жидкости через контуры 2 и 5, производя охлаждение камеры 1 с одновременным охлаждением обработанных заготовок при выключенном нагреве устройства. После завершения охлаждения камеры и оксидированных колец их извлекают из устройства.

Присутствие в конструкции камеры оксидирования системы охлаждения в виде циркуляционных контуров с охлаждающей жидкой средой обеспечивает ускоренное снижение температуры в камере до необходимого уровня для загрузки и оксидирования очередной партии заготовок.

Разработанная печь для воздушно-термического оксидирования характеризуется простотой конструкции, надежностью эксплуатации и технической эффективностью применения. При этом в зависимости от вида и типоразмера обрабатываемых заготовок габарит электропечи может изменяться в широком диапазоне.

Эксплуатационные характеристики цилиндрической электропечи сопротивления для воздушно-термической обработки представляют несколько основных физико-технических параметров: напряжение питания печи - 220-230 В, род тока - переменный, частота тока питания - 50 Гц, регулируемый температурный диапазон нагрева печи - от 50 до 12000С, рекомендуемая максимальная продолжительность нагрева - 4-5 ч.

При техническом обслуживании печи нужно учитывать постепенное образование окалины на внутренней поверхности камеры нагрева, которая, разрушаясь естественным образом, может попадать на поверхность обрабатываемых заготовок и создавать нежелательное механическое загрязнение оксидного покрытия. Во избежание этого образующуюся окалину необходимо регулярно удалять после оксидирования каждых 2-3 партий заготовок.

4.6. Технологические рекомендации по воздушно-термическому оксидированию колец шнековых осадительных центрифуг

Получение заготовок колец шнековых осадительных центрифуг и создание на них оксидных гидроабразивностойких покрытий в разработанных условиях термооксидирования осуществляются путем использования определенной последовательности технологических операций их изготовления (рисунок 4.13). Выполнение предложенного производственного маршрута обеспечивает получение покрытий, способных работать в гидроабразивных средах.

Рисунок 4.13 - Технологическая схема изготовления колец шнековых центрифуг с гидроабразивностойкими оксидными покрытиями Первым этапом является предварительная очистка колец центрифуг от

окалины и заусенцев механическим способом. Далее детали подвергают

абразивоструйной обработке корундовым абразивом, дисперсностью 250

мкм, давление струи 0,67 МПа, продолжительность обработки 30 сек на

Л

каждые 50 см обрабатываемой поверхности. Далее для удаления жировых загрязнений и остатков абразива детали помещают в ультразвуковую ванну в водный раствор этилового спирта и подвергают ультразвуковой очистке с частотой 22кГц, продолжительностью 3мин и температуре от 50 до 70°С. Далее заготовки помещают в сушильный шкаф, либо сушат на воздухе для

удаления остатков спиртового раствора. После этого производят воздушно термическое оксидирование в конвекционной печи нагрева при температуре 400°С и продолжительностью обработки 1 час, при естественной циркуляции атмосферного воздуха в печи. Далее из партии обработанных деталей производят выборку (8-10% от общего количества заготовок) и контролируют параметр шероховатости Ra, который не должен превышать 6,3 мкм и твердость по Викерсу HV не менее 500 единиц.

Уменьшенные значения режимов абразивоструйной обработки будут характеризоваться низким уровнем получаемой шероховатости поверхности колец шнековых осадительных центрифуг, увеличенные - будут создавать уплотнение поверхностных слоев и приводить к эффекту наклепа металла.

Воздушно-термическое оксидирование необходимо осуществлять при свободном доступе воздушной среды в камеру нагрева печи.

Контроль качества оксидированных изделий проводится для выявления отсутствия крупных макротрещин и сколов покрытия путем визуального осмотра поверхности, а также измерения параметра шероховатости Ra, который не должен превышать 6,3 мкм и твердости покрытия не менее 500 ИУ.

Для получения высококачественных термооксидных покрытий на кольцах шнековых осадительных центрифуг целесообразно учитывать разработанные технологические рекомендации, включающие некоторые особенности подготовки поверхности заготовок, рациональные условия проведения высокотемпературного оксидирования, контроль качества получаемых покрытий, а также требования к эксплуатации и техническому обслуживанию разработанной специализированной электропечи.

Выводы

1. Проведены предварительные лабораторные испытания образцов с упрочняющими металлокерамическими покрытиями на гидроабразивный износ.

2. Анализ лабораторных испытаний стальных образцов показал, что покрытия, сформированные при /=400 °С и т=0,5 и 1,0 ч показали наивысшую степень гидроабразивной стойкости.

3. Определены и научно обоснованы рациональные режимы воздушно термического оксидирования для модификации поверхности изделий из нержавеющих хромоникелевых сталей и даны технологические рекомендации для применения данного метода обработки на производстве.

4. Разработана схема технологического маршрута изготовления термооксидированных стальных колец шнековых осадительных центрифуг, создано специализированное нагревательное оборудование и даны рекомендации по формированию механически прочных оксидных покрытий с повышенной гидроабразивной устойчивостью.

Общие выводы по работе

На основе выполненных исследований решены научно-технические задачи, заключающиеся в разработке и обосновании применения воздушно-термического модифицирования поверхности нержавеющей хромоникелевой стали для создания гидроабразивностойких оксидных покрытий. При этом:

1. Способом термического оксидирования нержавеющей стали 12Х18Н9Т на воздухе получены покрытия на основе собственных металлооксидных соединений. Определены физико-технические условия создания оксидных покрытий с повышенной твердостью, основанные на применении предварительной абразивноструйной (пескоструйной) обработки, позволяющей упрочнять тонкий слой исходного металла путем локальных микродеформаций и наклепа с повышением его химической активности и структурной неоднородности, которые усиливают реакционную способность поверхности при оксидировании и обеспечивают формирование механически прочных агломератов с микро- и наноразмерными частицами оксидов.

2. Методом индентирования исследованы механические свойства упрочняющих воздушно-термических покрытий и определена твердость пленочных оксидных систем на микро- и наноуровне. Измерен модуль упругости полученных оксидов при двух характерных видах нагрузки на индентор Берковича - 100 мН и 10 мН. Установлено влияние температуры и продолжительности воздушно-термической обработки на изменение указанных механических свойств тонкопленочных покрытий. При этом, показано, что наибольшими значениями твердости на микро- и наноуровне обладают тонкопленочные покрытия, созданные при режимах оксидирования /=3500С с т=0,5 ч, т=1,0 ч, т=1,5 ч и /=4000С с т=0,5 ч, т=1,0 ч.

3. Исследован состав, характеристики прочности и морфология металлооксидных пленочных покрытий, создаваемых термическим оксидированием стали 12Х18Н9Т в воздушной реакционной среде. Установлено, что оксидирование поверхностей образцов, подвергнутых предварительной абразивноструйной обработке, способствует получению микро- и наноструктурированных покрытий с высокими физико-механическими свойствами.

4. Методом растровой электронной микроскопии проведены исследования структурного состояния металлокерамических оксидных покрытий, полученных на стали 12Х18Н9Т термическим модифицированием в воздушной среде, и установлено влияние технологических режимов упрочняющей термообработки на изменение морфологических параметров покрытий, их микро- и наноразмерные структурные характеристики.

5. Определены рациональные режимы термического модифицирования поверхности деталей из хромоникелевых сплавов, работающих в условиях гидроабразивного изнашивания. На основе анализа параметров шероховатости, морфологических характеристик, химического состава, механических свойств, толщины покрытий и в результате проведенных предварительных лабораторных испытаний образцов, можно сделать вывод, что покрытие, сформированное при температуре /=400°С и продолжительности оксидирования т=1,0 ч, обладает повышенной эффективностью при работе изделий из нержавеющих хромоникелевых сталей в условиях гидроабразивного износа.

6. Разработана технология воздушно-термического упрочнения деталей из нержавеющих хромоникелевых сплавов путем формирования твердых оксидных покрытий на примере модификации стальных колец шнековых осадительных центрифуг. На основании проведенных исследований разработана технологическая схема получения функциональных покрытий с повышенной гидроабразивной устойчивостью, предусматривающая применение в качестве подготовительной операции абразивоструйной обработки для предварительного упрочнения и повышения активности тонкого слоя металла, которая может использоваться на предприятиях машиностроительного профиля.

7. Предложена конструкция специализированного нагревательного

оборудования в виде цилиндрической однокамерной электропечи сопротивления и даны технологические рекомендации для термооксидирования колец шнековых осадительных центрифуг в воздушной среде.

Заключение

Технология воздушно-термического оксидирования существенно увеличивает твердость и износостойкость хромоникелевых сталей, что повышает ресурс деталей, работающих в гидроабразивных и агрессивных средах. Хромоникелевые стали обладают высокой коррозионной стойкостью, хорошей свариваемостью, пластичностью и меньшей стоимостью в сравнении с титановыми сплавами, что определяет дальнейшие перспективы применения данных материалов.

Современные методы повышения износостойкости поверхностей нержавеющих сталей требуют больших затрат, применения специализированного оборудования, расходных материалов и затрат энергии.

Применяя такой перспективный способ, как воздушно-термическое оксидирование, можно существенно уменьшить себестоимость выпускаемой продукции в машиностроительной, авиационной и других видах промышленно сти.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. ГОСТ 2.309-73 «Обозначения шероховатостей поверхности».

2. ГОСТ 2789-73 «Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики».

3. Иванов М.Н. Детали машин: Учебник для студентов высших технических учебных заведений. - М.: Высшая школа.- 2005.

4. Гжиров Р.И. Краткий справочник конструктора. - Л., Издательство «Машиностроение».- С. 459.

5. Егорова Р.А. и др. Справочник стандартизатора. - Харьков. Прапор.-1973.

6. ГОСТ 25142-82 «Шероховатость поверхности».

7. В.С. Комбалов Влияние шероховатости твердых тел на трение и износ. Издат. Наука.- 1974г.- 112с.

8. Проников А.С. Контактная задача для сопряженных поверхностей деталей машин/ Сб. XV "Трение и износ в машинах".- Издат. Академия наук СССР- 1962.

9. Крагельский И.В. Трение, изнашивание и смазка. М.: Машиностроение.-1979. С. 297.

10. Богданович, П.Н. Трение, смазка и износ в машинах / П.Н Богданович В.Я. Прушак., С.П. Богданович - Минск: Технология.- 2011.- С. 527.

11. Матвеевский, Р.М. Противозадираня стойкость смазочных сред при трении в режиме граничной смазки / Р.М. Матвеевский, И.А. Буяновский, О.В. Лазовская. - М.: Наука.- 1978.- С. 192.

12. Матвеевский, Р.М. Развитие теории граничной смазки / Р.М. Матвеевский // Трение и износ. - 1990. - Т. 11, №6.

13. Хрущев М. М., Бабичев М. А. Исследования изнашивания металлов. - М., 1960.

14. Крагельский И. В. Трение и износ. - М.- 2012.- С.481.

15. Тененбаум М. М. Износостойкость конструкционных материалов и деталей машин при абразивном изнашивании. - М.- 1966.

148

16. Балдаев Л.Х. Реновация и упрочнение деталей машин методами газотермического напыления. - М.- 2004.

17. Повышение износостойкости горно-обогатительного оборудования. Под ред. док. техн. наук Н.С. Пенкина. М.: Недра. - 1992. - С. 269.

18. Животовский Л.С., Смойловская Л.А. Техническая механика гидросмесей и грунтовые насосы. М.: Машиностроение.- 1986.- С. 224.

19. Покровская В.Н. Трубопроводный транспорт в горной промышленности. М.: Недра.- 1985.

20. Технология конструкционных материалов: Учебник для студентов машиностроительных специальностей вузов А.М.Дальский, Т.М. Барсукова, Л.Н. Бухаркин и др.; Под ред. А.М.Дальского. - 5-е изд., исправленное. - М.: Машиностроение.-2004.-С441.

21. Схиртладзе А.Г. Технологические процессы в машиностроении: учебник . - 2-е издание, перераб. и доп. - Старый Оскол: ТНТ.- 2008.- С. 298.

22. Практическое применение газотермических технологий нанесения защитных покрытий. Руководство для инженеров. ООО «Термал-Спрей-Тек» 2009г.- С.72.

23. Минкевич А. Н., Химико-термическая обработка металлов и сплавов, 2 изд., М.- 1965.- С. 493.

24. Лахтин Ю.М., Коган Я.Д. Азотирование стали. Машиностроение.- 1976 г.-С. 256.

25. Cosmos EDM.com статья о электроэрозионной обработке [Электронный ресурс] http://cosmosedm.com/tags.html.- (дата обращения 26.01.2013).

26. Электронный портал «Лазер портал» [Электронный ресурс] http://www.laserportal.ru/content_415.html.- (дата обращения 30.02.2013).

27. Носов А.В., Быков Д.В. Электрофизикохимическая обработка. ВКИ.-1951 г.- С. 168.

28. Статья организации «Акрон-Систем» Электроэрозия [Электронный ресурс] http://akron-s.ru/articles/elektroeroziya_ fizicheskaya_ priroda _ istoricheskie_fakty.html.- (дата обращения 15.03.2013).

29. Статья «Электрофизические методы обработки» [Электронный ресурс] http://electricalschool.mfo/2010/08/27/jelektrofizicheskie-metody-obrabotki.html.- (дата обращения 16.09.2013).

30. A.M. Дальский. Машиностроение. Энциклопедия Т. III-3.- С. 832.

31. Торбило В.М. Алмазное выглаживание. Издат. Машиностроение.- 1972г.-С.105.

32. Компания «Уралпроммаш» Термообработка ТВЧ [Электронный ресурс] http://www.uralprommash.com/?inf=21.html. - (дата обращения 11.04.2013).

33. Библиотека технической литературы Преимущества закалки ТВЧ [Электронный ресурс] http://delta-grup.ru/bibliot/100/41.html. - (дата обращения 26.08.2013).

34. А.П. Гуляев Металловедение. - М.: Металлургия.- 1977.- С. 650.

35. Организация «Станколид» Криогенная обработка [Электронный ресурс] http: //stanko-lid.ru/article/kriogennaya-obrabotka. html. - (дата обращения 11.07.2013).

36. «Металлы и сплавы». Справочник под редакцией Ю.П. Солнцева; НПО "Профессионал", НПО "Мир и семья"; Санкт-Петербург.- 2003 г.

37. Будневич С.С. «Процессы глубокого охлаждения».- 1966 г.- С. 260.

38. А. В. Циркин Износостойкие покрытия: свойства, структура, технологии получения: методические указания к лабораторным работам. - Ульяновск: УлГТУ- 2005.

39. С. Г. Мелихов Методы нанесения упрочняющих покрытий: методические указания к курсовому и дипломному проекту. - Москва: Московский гос. ин-т Электроники и математики.- 2004. - С. 12.

40. Зубарев А.Г. Теория и технология производства стали для МНЛЗ.- 1986г.-С. 232.

41. Теоретические основы технологии плазменного напыления: Учебное пособие по курсу "Технология конструкций из металлокомпозитов" - 2-е изд.,перераб. и доп. (ГРИФ) /Пузряков А.Ф.- 2008.- C.360.

42. Википедия.- Вакуумно дуговое нанесение покрытий [Электронный

ресурс] http://ru.wikipedia.org (дата обращения 12.05.2013).

43. Балдаев Л. Х., Борисов В. Н., Вахалин В. А. Газотермическое напыление: Учебное пособие для вузов / Под общ. ред. Л. Х. Балдаева. - М.: Маркет ДС.- 2007.- С. 344.

44. Определение свойств газотермических покрытий. Методическое руководство. Захаров Б. М., Новиков В. Н.- 1993.

45. «Газотермическое напыление», учеб. пособие/кол. авторов; под общей ред. Л. Х. Балдаева.

46. МТОМД.инфо. Газоплазменное напыление [Электронный ресурс] http://www.mtomd.info/archives/2224.html.- (дата обращения 01.08.2013).

47. Энциклопедия «Академик» Сверхзвуковое газоплазменное напыление [Электронный ресурс] http://universal_ru_en.academic.ru/835851 .Ы:т1.-(дата обращения 10.08.2013).

48. Карманный справочник антикоррозионниста, ООО «ИД «Оригами», Екатеринбург.- 2008.- С.264.

49. Способы и технологические процессы восстановления изношенных деталей. Учебное пособие. Томский политехнический университет 2010.-С. 213.

50. Фирма «Т - Технологии» Детонационное напыление [Электронный ресурс] http://gleitringdichtungsboerse.com/Napil/Napdet.html.- (дата обращения 26.08.2013).

51. Специализированный сайт «Велдзон» Газоплазменное напыление [Электронный ресурс] http://www.weldzone.info/technology/gas-sputtering/522-gazoplamennoe-napylenie.html.- (дата обращения 02.01.2013).

52. Пузряков А.Ф. «Теоретические основы технологии плазменного напыления» учеб. пособие.- 2003.

53. Достанко А.П., Грушецкий С.В., Киселевский Л.И., Пикуль М.И., Ширипов В.Я. Плазменная металлизация в вакууме. - Мн.: Наука и техника.- 1983.- С. 279.

54. «Словарь нанотехнологических терминов» Импульсное лазерное напыление [Электронный ресурс] http://thesaurus.rusnano.com/wiki/ article867.html.- (дата обращения 10.07.2013).

55. А.Д. Паниматченко Переработка пластмасс" ред., изд. Профессия.- Спб 2005.

56. «Словарь нанотехнологических и связанных с нанотехнологиями терминов», под ред. С. В. Калюжного, - М.: Физматлит.- 2010.- С. 528.

57. ООО «Велдсол» Электродуговая металлизация [Электронный ресурс] http://www.weldsol.m/Шes/weldsol/1.5.80/o20electш _m.pdf.- (дата обращения 16.03.2013).

58. Лайнер В. И., Защитные покрытия металлов, М.- 1974.- С. 326.

59. Алхимов А. П., Косарев В. Ф., Папырин А. Н. Метод «холодного» газодинамического напыления. - Докл. АН СССР.- 1990, т.315, № 5.- С. 1065.

60. Алхимов А. П., Клинков С. В., Косарев В. Ф., Фомин В. М. Холодное газодинамическое напыление. Теория и практика. - М. Физматлит.- 2010.-С. 536.

61. Каширин А. И., Шкодкин А. В. Газодинамическое напыление металлических покрытий - возникновение метода и его современное состояние. - Упрочняющие технологии и покрытия.- 2007.- № 12(36).

62. Беленький М. А., Иванов А. Ф. Электрооосаждение металлических покрытий, справочник. - М.: Металлургия.- 1985.

63. Шрейдер А. В. Оксидирование алюминия и его сплавов. - М.: Металлургиздат.- 1960.- С. 198.

64. Теплопроводность. Раздел 3.7. Новый справочник химика и технолога Спб.: ММУ1, НПО «Профессионал». Т. 12.- 2006.

65. Энциклопедия современной техники. Конструкционные материалы, т. 2, М.- 1964.

66. Химушин Ф. Ф., Нержавеющие стали.- 2 изд., М.- 1967.

67. Материалы в машиностроении. Справочник.- т. 3, М.- 1968.

68. Бабаков А. А., Приданцев М. В., Коррозионностойкие стали и сплавы, М.-1971;

69. Потак Я. М., Высокопрочные стали, М.- 1972.

70. Харьков Д.Д. Хорошев С.В., Руководство по эксплуатации стенда очистки жидкостей СОГ-923СГ.-2012.

71.Родионов И.В., Ромахин А.Н. «Изменение микротвердости нержавеющей хромоникелевой стали 12Х18Н9Т при упрочняющей термической обработке на воздухе и в среде перегретого водяного пара» / Материалы II-ой международной научно-практической конференции «Перспективы развития науки, техники и технологий» 17 октября 2012 года в 2 -х томах. г.Курск: Юго-западный государственный университет. Т.2.- С. 88-91.

72. Родионов И.В., Ромахин А.Н. «Разработка перспективного термического оборудования для упрочнения поверхности металлоизделий» / Сборник научных трудов под общей редакцией Е.А. Памфилова «Новые материалы и технологии в машиностроении» Выпуск 16, Брянск 2012: Брянская государственная инженерно-технологическая академия.- С. 87-91.

73. Родионов И.В., Ромахин А.Н., Руднев А.В. «О влиянии режимов упрочняющей воздушно-термической обработки стали 12Х18Н9Т на механические характеристики поверхности» / Материалы 2-ой международной научно-практической конференции «Современные материалы, техника и технология», 25 декабря 2012 г.Курск: Юго-западный государственный университет. Ответственный редактор Горохов А.А.- С.227-231.

74. Родионов И.В., Руднев А.В., Мудрова А.Л., Ромахин А.Н. «Исследование комплекса свойств поверхности стали 12Х18Н9Т, упрочненной способом термического оксидирования» / Materialy IX Miedzynarodowej naukowi-praktycznej konferencji "KLUCZOWE ASPEKTY AUKOWEJ DZIALALN0SCI-2013" 7-15 stycznia 2013 roku (7-15 января) Volume 16, Techniczne nauki. Przemysl Nauka I studia 2013-. С. 45-54.

75. Родионов И.В., Ромахин А.Н. «Газотермическая обработка в

машиностроении как эффективная ресурсосберегающая технология создания упрочняющих металлооксиднях покрытий» / Сборник материалов I-ой международной научно-практической конференции «Технические науки: современные проблемы и перспективы развития» 10 декабря 2012г. Иошкар-Ола: Приволжский научно-исследовательский центр.- С.161-162.

76. Родионов И.В., Калганова С.Г., Фомин А.А., Ромахин А.Н. Электропечное технологическое оборудование для газотермического оксидирования металлоизделий // Электрометаллургия. № 8, 2013.- С. 3-8.

77. Родионов И.В. Ромахин А.Н. «Термическое оксидирование как технология упрочняющей обработки поверхности стали 12Х18Н9Т» // Наукоемкие технологии в машиностроении №6 (24), 2013.- С. 37-43.

78. Родионов И.В. Фомин А.А. Ромахин А.Н. Применение процессов термического оксидирования для упрочнения поверхности стали 12Х18Н9Т// Технология металлов. №10, 2013.- С. 24-32.

79. Родионов И.В., Фомин А.А., Ромахин А.Н. Газотермическое оборудование для получения упрочняющих оксидных покрытий на металлах и сплавах различного назначения // Упрочняющие технологии и покрытия. №9 (105), 2013.- С. 24-30.

80. Родионов И.В., Ромахин А.Н. Наукоёмкое электротермическое оборудование для упрочнения поверхностей заготовок с применением процессов оксидирования // Наукоемкие технологии в машиностроении. №9 (27), 2013.- С. 30-34.

81. Родионов И.В., Ромахина А.Н., Фомин А.А., Пошивалова Е.Ю. Влияние режимов упрочняющей воздушно-термической обработки на микрорельеф поверхности нержавеющей стали 12Х18Н9Т / Материали за 9-а международна научна практична конф. «Achievement of high school». София, България: Изд-во: «Бял ГРАД-БГ» ООД. 2013.- Т.45.- С. 39.

82. Родионов И.В., Ромахин А.Н., Фомин А.А., Пошивалова Е.Ю.

Исследование морфологии упрочняющих термооксидных покрытий на стали 12Х18Н9Т методами оптической и растровой электронной микроскопии / Сб. трудов 12-й Всеросс. с междунар. участием научн.-техн. конф. «Быстрозакаленные материалы и покрытия». М.: МАТИ, 2013.- Т.1.- С. 96-101.

83. Родионов И.В., Ромахин А.Н., Фомин А.А., Пошивалова Е.Ю. Программн ая обработка морфологических характеристик упрочняющих термооксидных покрытий нержавеющей стали 12Х18Н9Т / Materialy IX Mi^dzynarodowej naukowi-praktycznej konferencji «Nauka i inowacja». Przemysl, РоЬка: Nauka i studia. 2013. Vol. 18 (Techniczne nauki).- S. 22-29.

84. Калита В.И., Соколов В.Н., Парамонов В.А. Трехмерные капиллярно-пористые покрытия // Физика и химия обработки материалов. 2000. -№4.-С. 55-61.

85. Куприянов И.Л., Геллер М.А. Газотермические покрытия с повышенной прочностью сцепления. Мн.: Навука i тэхшка, 1990. - 176 с.

86. Барановский М.А. и др. Технология металлов и других конструкционных материалов / Под общ. ред. A.M. Дмитровича. 2-е изд., перераб. и доп. -Минск: Высшая школа.- 1973.

87. Газотермические покрытия из порошковых материалов: Справочник / Ю.С. Борисов, Ю.А. Харламов, С.Л. Сидоренко и др. Киев: Наук, думка, 1987.- 543с.

88. Газотермическое напыление композиционных порошков / А .Я. Кулик, Ю.С. Борисов, A.C. Мнухин, М.Д. Никитин. Л.: Машиностроение, Ле-нингр. отделение,1985.- 199с.

89. Головин Г.Ф., Замятин М.М. Высокочастотная термическая обработка. -М. Машиностроение.- 1990.- 240с.

90. ГОСТ 9.304-89. Покрытия газотермические. Общие требования и методы контроля. -М.: Изд-во стандартов, 1989.- 14с.

91. Зимон А.Д. Адгезия пленок и покрытий. М.: Химия, 1977. - 352 с.

92. Пат. 2269590 РФ. Способ газопламенного напыления защитного покрытия / Шаров И.Ф., Бушманов A.M.- 2003.

93. Пат. 2173352 РФ. Способ подготовки поверхности перед нанесением плазменных покрытий / Гришин Н.Г., Борисов Г.А., Моос Е.Н., 1999.

94. Биркс Н.. Введение в высокотемпературное окисление металлов/ Н. Биркс, Дж. Майер /пер. с англ. под ред. Е.А. Ульянина. Наука. - М.: Наука,

- 1987. - 183С.

95. В.П. Батраков. Коррозия и защита металлов/ В.П. Батраков - М.: Металлургия, 1962. - 374C.

96. Валитов А.М., Шилов Г.И. Приборы и методы контроля толщины покрытий. Справочное пособие/ А.М. Валитов, Г.И. Шилов. - Л.: Машиностроение 1970. - 207С.

97. Влияние низкотемпературного окисления опескоструенной поверхности титана на адгезию плазмонапыленных гидроксиапатитовых покрытий/ И.В. Родионов, А.В. Лясникова, Л.А. Большаков, Ю.В. Серянов // Известия. Химия и химическая технология. - 2003. - Т. 46. - Вып. 6. С. 61

- 65.

98. Грилихес С.Я. Обезжиривание, травление и полирование металлов/ С.Я. Грилихес Л.: Машиностроение, 1976. - 208С.

99. К вопросу влияния структурных особенностей сплава на его коррозионную стойкость в окислительных средах/ А.И. Жихарев, И.Г. Жихарева, Н.М. Фугаева, М.С. Захаров // Электрохимия. - 1980. - Т. 16. -№7. - С. 1018 - 1019.

100. Кинетика перехода ионов и электронов через межфазовые границы при окислении металлов. 4. Влияние фазовых превращений/ В.Н. Конев, В.Н. Чеботин, В.Г. Лисовский, А.Н. Троцан.: ДГУ, Донецк, 1980. - 20С, - Деп. в ВИНИТИ 16.07.80, № 3977-80.

101. Колотыркин Я.М. Металл и коррозия/ Я.М. Колотыркин. - М.: Металлургия, 1985. - 88 с.

102. Колотыркин Я.М. Современное состояние теории пассивности

металлов./ Я.М. Колотыркин // Вестник АН СССР. - 1977. - №7. - С. 73 -80.

103. Колотыркин Я.М., Княжева В.М. / Я.М. Колотыркин, В.М. Княжева // Итоги науки и техники. Сер. «Коррозия и защита от коррозии». - М.: ВИНИТИ, 1974. Т.3. С. 5 - 76.

104. Компьютерная микрофотографическая статистика частиц и пор в плазмонапыленных покрытиях титан/гидроксиапатит/ Л.А. Большаков, И.В. Родионов, Е.В. Салимжанова, Ю.В. Серянов // Прикладная физика. -2004. - №4. - С. 66 - 69.

105. Котов О.К.. Поверхностное упрочнение деталей машин химикотермическими методами/ О.К. Котов - М.: Машиностроение, 1969. - 344С.

106. Кулаков М.В. Технологические измерения и приборы для химических производств: Учебник для вузов по специальности «Автоматизация и комплексная механизация химико-технологических процессов». - 3-е изд., перераб. и доп/ М.В. Кулаков - М.: - Машиностроение, 1983. - 424 с.

107. Лазерный микроспектральный анализ в производстве электронных приборов / Н.И. Брагин, Е.Л. Сурменко, Л.А. Сурменко и др. // Актуальные проблемы электронного приборостроения (АПЭП - 98) : Тез.докл.конф. - Саратов. СГТУ 1998. - С. 24 -27.

108. Лахтин Ю.М.. Химико-термическая обработка металлов/ Ю.М. Лахтин, Б.Н. Арзамасцев - М.: Металлургия, 1985. - 256С.

109. Маршаков И.К. Термодинамика и коррозия сплавов/ И.К. Маршаков -Воронеж: Изд-во Воронеж. гос. ун-та, 1983. - 121С.

110. Методы обработки поверхности деталей перед нанесением покрытий/ С.Н. Барабанов, А.А. Караваев, А.М. Сакалла, О.А. Дударева // Уч. Пособие - 2007. - С. 94.

111. Механизм и кинетика ультразвукового обезжиривания поверхности алюминия и титана перед их анодным оксидированием / А.И. Варакин, Л.Б. Большаков, Л.А. Фоменко и др. // Современные электрохимические

технологии: Сб. статей по материалам Всерос. конф. - Саратов: СГТУ, 2002. - С. 168-172.

112. Пайдасси Ж. О морфологии окисных пленок/ Пайдасси Ж. - //Коррозия металлов (в жидких и газообразных средах). - М.: Металлургия, 1964. -208С.

113. Пассивность и коррозия металлов: сб. тр. ГИПХ/ под ред. А.М. Сухотина. - Л.: Химия, 1971. - 206С.

114. Патент № 2453637 20.06.2012 РФ. Способ обработки поверхности металлических изделий перед нанесением покрытий/ Барабанов С.Н., Конищева Т.М. // Опубл. 2012. - С.23-24.

115. Патент №2456370 С23С8/18 20.07.2012 РФ. Способ паротермического оксидирования стальных изделий и печь для его осуществления/БарабановС.Н.,КонищеваТ.М.//Опубл. 2012.

116. Робинсон Д.С. Ингибиторы коррозии / Д.С. Робинсон; пер. с англ. - М.: Металлургия, 1983. - 270С.

117. Родионов И.В. Влияние низкотемпературного окисления поверхности титана на адгезионные характеристики плазмонапыленных биоактивных гидроксиапатитовых покрытий/ И.В. Родионов, Л.А. Большаков, Ю.В. Серянов // Современные электрохимические технологии в машиностроении: сб. докл. IV Междунар. науч. - практ. семинара. Иваново: Иванов. гос. хим.-техн. ун-т, 2003. - С. 73 - 75.

118. Родионов И.В. Влияние плазмохимической обработки заготовок титановых дентальных имплантатов на адгезию плазмонапыленных покрытий титан-гидроксиапатит/ И.В. Родионов, А.В. Лясникова, Ю.В. Серянов // совр. пробл. имплантологии: сб. научн. статей 7-й Междунар. конф. Саратов: СГТУ, 2004. - С. 103 - 107.

119. Родионов И.В. Зависимость адгезии плазмонапыленных гидроксиапатитовых покрытий от степени низкотемпературного окисления опескоструенной поверхности титановой основы/ И.В. Родионов, Л.А. Большаков, Ю.В. Серянов // Инженерная физика. - 2003. -