Износостойкие керамические материалы на основе оксида алюминия для пар трения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.11, кандидат наук Марков, Михаил Александрович

• Марков, Михаил Александрович
• кандидат наук
• 2016

Оглавление диссертации кандидат наук Марков, Михаил Александрович

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1

1.1 Керамические износостойкие материалы на основе

чистых оксидов

1.2 Техническая корундовая керамика

1.3 Области применения подшипниковых опор из керамических материалов

1.4 Элементарная модель трения

1.5 Элементарная модель изнашивания

1.6 Существующие методики измерения износа

1.7 Существующие методики оценки коэффициента трения

1.8 Износостойкие покрытия

1.8.1 «Холодное» газодинамическое напыление

1.8.2 Микродуговое оксидирование

1.9 Заключение по литературному обзору

ГЛАВА 2 МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ МАТЕРИАЛОВ

2.1 Определение неметаллических включений на стали

2.2 Трибологические испытания материалов

2.3 Определение плотности и пористости

2.4 Определение предела прочности при изгибе

2.5 Определение предела прочности при сжатии

2.6 Определение модуля Юнга

2.7 Определение микротвердости и шероховатости

2.8 Рентгенодифракционный анализ

2.9Стойкость к коррозии

2.10 Изучение микроструктуры и определение размера зерна

2.11 Измерение толщины покрытий

2.12 Определение пористости ХГДН-покрытий

2.13 Определение адгезии покрытий

2.14 Обработка результатов эксперимента

ГЛАВА 3. ИЗНОСОСТОЙКИЕ КЕРАМИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ В

ОПОРАХ БЫСТРОВРАЩАЮЩИХСЯ РОТОРОВ

3.1 Экспресс-трибологические исследования износостойкой керамики на основе А1203 с волокнами БЮ в паре трения

3.1.1 Трибологические исследования керамик

3.1.2 Износ стального цилиндра

3.1.3 Влияние неметаллических включений на износостойкость стального цилиндра

3.2 Износостойкие керамические материалы на основе А1203 с различным размером зерна

3.3 Выводы

ГЛАВА 4. ИЗНОСОСТОЙКИЕ КЕРАМИЧЕСКИЕ ПОКРЫТИЯ

4.1 Исследование процесса образования керамического покрытия

микродуговым оксидированием на алюминии в электролите на основе

борной кислоты

4.2 Синтез керамического наноструктурированного покрытия на стальной основе

4.2.1 Формирование алюминиевого подслоя «холодным» газодинамическим напылением

4.2.2 Формирование покрытия микродуговым оксидированием

4.3 Выводы

ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ

МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ А1203

5.1 Оценка износостойкости керамики по параметру шероховатости Rt

5.2 Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Износостойкие керамические материалы на основе оксида алюминия для пар трения»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования.

Детали современных узлов трения быстровращающихся роторов работают при все более тяжелых термосиловых условиях. Однако, дальнейший прогресс техники требует ужесточения этих условий, для эффективной работы актуально использование керамических материалов. Требуются высокие ресурсные показатели по прочности, усталости, износостойкости, температуре. При создании новых керамик остро встает вопрос о подборе материалов в пару трения. Испытания в натурных условиях очень дороги и длительны. Для изготовителей, которые проводят поиск новых составов материалов или проектировщиков, которые пытаются оценить поведение новых подшипников в разрабатываемых конструкциях, важно получить ответ на запрашиваемый комплекс свойств на уровне «лучше-хуже». Это позволяет своевременно дорабатывать конструкции. Узлы трения определяют надежность и долговечность конструкции машины. Поэтому создание доступного исследовательского оборудования, перестраиваемого в широком диапазоне скоростей и нагрузок, и соответствующих методических подходов к проведению испытаний, является актуальной задачей.

Традиционная композиционная керамика на основе А1203, как износостойкий и коррозионностойкий материал, перспективна для работы в контактных узлах трения быстровращающихся роторов. Существующие технологические подходы изготовления керамик основаны на горячем прессовании смеси керамических порошков в монолитное изделие, однако такой процесс, с учетом стоимости исходных материалов, является дорогостоящим. Более экономичным является использование керамических покрытий на металлическом изделии, синтез которых еще не был осуществлен.

Известно, что процесс образования покрытий микродуговым оксидированием (МДО) на алюминии и его сплавах сопровождается образованием оксидной фазы а-А1203 (корунда). Актуальной задачей является

исследование возможности введения упрочняющих керамических компонентов при проведении МДО-процесса с целью формирования композиционных керамических покрытий, обладающих свойствами технической керамики, а так же исследование возможностей проведения МДО-процесса на стальных деталях с алюминиевым покрытием.

Степень разработанности темы исследования. Экспресс-методики ускоренных испытаний на износостойкость пар трения «стальной цилиндр -керамический подшипник» мало описаны в технической литературе. Процесс образования керамических покрытий микродуговым оксидированием в боратном электролите на сегодняшний день практически не исследован. Так же в доступной литературе отсутствуют сведения о синтезе износостойких алюмооксидных керамических покрытий на стальных деталях с комбинированным использованием методов сверхзвукового гетерофазного переноса и микродугового оксидирования.

Цель работы - трибологические исследования керамических материалов, обоснование подхода к выбору керамики для узлов трения в реальных быстровращающихся роторах, разработка износостойких керамических покрытий на металлических деталях в качестве альтернативы монолитным конструкционным керамическим материалам.

Задачи исследования:

- проведение экспресс-трибологических испытаний алюмооксидных керамических материалов, исследование влияния структурных и физико-механических характеристик керамики на износостойкость;

- исследование образования износостойкой оксидной фазы а-А1203 в покрытиях при микродуговом оксидировании в боратном электролите;

- разработка керамических покрытий на металлические детали с комплексным использованием методов микродугового оксидирования и сверхзвукового гетерофазного переноса;

- разработка методического подхода для упрощенной оценки износостойкости керамик.

Научная новизна:

- исследовано влияние на износостойкость структурных и физико-механических параметров специально изготовленных по различным технологическим режимам керамик с различным размером зерна;

- получен принципиально новый результат - синтез керамических покрытий на стальных деталях при использовании процесса холодного газодинамического напыления и микродугового оксидирования; данные покрытия обладают повышенными износостойкими свойствами, которые можно регулировать в широком диапазоне, что позволяет решать задачи по защите металлических деталей в узлах трения машин;

Теоретическая и практическая значимость.

- проведены экспресс-трибологические исследования алюмооксидных керамических материалов в паре трения со сталью. На основании проведенных исследований обоснован выбор подшипников из керамики А1203 с волокнами БЮ; стендовые и натурные испытания быстровращающихся роторов подтвердили достоверность экспресс-испытаний, на Ковровском механическом заводе выпущена опытная партия пар трения для специализированных установок Росатома;

- установлены зависимости структурных параметров покрытия (образование фаз, пористость, толщина) от времени МДО, заданной плотности тока и напряжения; значимость имеет процесс МДО, при котором формируются керамические покрытия, насыщенные износостойкой оксидной фазой а-А1203 и характеризующиеся малой пористостью (не более 5 %);

- разработаны покрытия, которые можно наносить на: стальные подшипники качения; стальные подшипники в узлах трения быстровращающихся роторов или гироскопов; стальные детали для повышения коррозионной стойкости и износостойкости;

- разработан метод оценки износостойкости керамических материалов, позволяющий

Методология и методы исследования. Присутствие в стали неметаллических включений определяли на оптическом микроскопе «Axio Observer Aim ZEISS» в сертифицированной программе «Vestra». Трибологические испытания керамик проводили на специальных собранных установках. Плотность полученных в работе композиционных материалов определяли гидростатическим методом, пористость материалов - методом водопоглощения, открытую пористость покрытий - в сертифицированной программе «Vestra». Предел прочности композитов при изгибе и на сжатие определяли трехточечным изгибом и сжимающей нагрузкой соответственно. Модуль Юнга композитов определен динамическим методом на приборе «3вук-203». Микротвердость материалов измеряли на микротвердомере ПМТ-3М. Шероховатость поверхности изучалась на портативном профилометре TR-200. Дифрактограммы снимались на дифрактометре «ДИФРЕЙ-401». Стойкость к эрозионному изнашиванию определена гравиметрическими измерениями на образцах, подвергнутых воздействию скоростного потока абразивных частиц. Исследование структуры керамики и определение размера зерна осуществлялось на оптическом микроскопе «Axio Observer Aim ZEISS» в сертифицированной программе «AxioVisionRel.4.8». Толщину покрытий определяли в шлифах разрушающим металлографическим методом. Прочность сцепления ХГДН-покрытий определяли штифтовым способом. Пористость ХГДН-покрытий определялась сравнением реального объема образца с покрытием с объемом, рассчитанным по табличным данным.

Положения, выносимые на защиту.

1. Обоснование результатов экспресс-трибологических исследований алюмооксидных износостойких керамик.

2. Получение износостойких керамических покрытий микродуговым оксидированием в боратном электролите.

3. Получение керамических функциональных покрытий на металлических деталях с комплексным использованием методов сверхзвукового гетерофазного переноса и микродугового оксидирования.

4. Возможность оценки износостойкости керамических материалов по параметру шероховатости Ш.

Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность результатов подтверждена их воспроизводимостью, применением современных физико-химических методов анализа, использованием стандартизованных методик, соответствием результатов современному уровню знаний в исследуемой области науки. Основные результаты работы опубликованы в 9 научных работах, из них 5 статей в рецензируемых журналах по списку ВАК РФ, докладывались и обсуждались на Открытой научно-технической конференции молодых специалистов, ОАО «Чепецкий механический завод», г. Глазов, 2013 г.; Российской конференции (с международным участием) «Высокотемпературная химия оксидных систем», Институт химии силикатов РАН, Санкт-Петербург, 2013 г.; Межвузовской научно-практической конференции «Наукоемкие технологии», Санкт-Петербургский Государственный университет кино и телевидения, Санкт-Петербург, 2014 г.; Девятой всероссийской конференции «Керамика и композиционные материалы», г. Сыктывкар. 2016 г.; Международной научно-технической конференции «Нанотехнологии функциональных материалов», СПБПУ, Санкт-Петербург, 2016 г.; Пятнадцатой конференции молодых ученых и специалистов "Новые материалы и технологии" (КМУС-2016), ФГУП "ЦНИИ КМ "Прометей", Санкт-Петербург, 2016 г.

ГЛАВА 1

1.1 Керамические износостойкие материалы на основе чистых оксидов

В производстве оксидной керамики используют в основном следующие оксиды: А12О3 (корунд), 7Ю2, MgO, ВеО, ^02, и02.Кроме кристаллической фазы может содержаться небольшое количество газов (поры) и стекловидной фазы, которая образуется в результате наличия примесей в исходных материалах. Температура плавления чистых оксидов превышает 2000ОС, поэтому их относят к классу тугоплавких. Оксидная керамика обладает высокой прочностью при сжатии по сравнению с прочностью при растяжении или изгибе, более прочными являются мелко кристаллические структуры, согласно закону Холла-Петча, рисунок 1.1, 1.2.

9 МПа

200 }60 720

во

О ЬОО 800 720Сй*С

1 - Zr02 (стабилизаторMg0); 2 - шпинель (Mg0*A120з); 3 - корундЛ1203;

4 - Ве0; 5 ^0

Рисунок 1.1 - зависимость предела прочности при изгибе спеченной оксидной

керамики от температуры

7800 2000 2200 Температура > °С

1 - MgO; 2 - Al2O3; 3 - ZrO2 (стабилизованная CaO); 4 - BeO;

5 - ZrO2 (стабилизованная MgO)

Рисунок 1.2 - Зависимость потери массы оксидных керамик в вакууме

ф = 0,013 Па) от температуры

Керамика на основеА12О3 (корундовая) обладает высокой прочностью, которая сохраняется при высоких температурах, химически стойка, отличный диэлектрик[1]. Изделия из него широко применяют во многих областях техники: резцы, используемые при больших скоростях резания, детали высокотемпературных печей, подшипники печных конвейеров, детали насосов, свечи зажигания в двигателях внутреннего сгорания. Керамику с плотной структурой используют в качестве износостойкой, пористую - как термоизоляционный материал. В корундовых тиглях проводят плавление различных металлов, оксидов, шлаков [2].

Особенностью оксида циркония^Ю2) является низкий коэффициент теплопроводности. Рекомендуемые температуры применения керамики из 7Ю2 2000-2200 ОС; она используется для изготовления огнеупорных тиглей для плавки металлов и сплавов, как тепловая изоляция печей, аппаратов и реакторов.

Керамика на основе оксидов магния стойка к действию шлаков различных металлов. Термическая стойкость керамики на основе MgO низкая. Оксид магния при высоких температурах летуч. Его применяют для изготовления тиглей, кроме того, MgO используют для футеровки печей, пирометрической аппаратуры и т. д.

Керамика на основе оксида бериллияотличается высокой теплопроводностью, что проявляется в ее высокой термостойкости. Прочностные свойства материала невысокие. Оксид бериллия обладает способностью рассеивать ионизирующее излучение высоких энергий, имеет высокий коэффициент замедления тепловых нейтронов, применяется для изготовления тиглей для плавки некоторых чистых металлов, в ядерных реакторах [3].

Керамика на основе оксидов тория и уранаимеет высокую температуру плавления, обладает высокой плотностью и радиоактивна. Эти виды керамики применяют для изготовления тиглей для плавки родия, платины, иридия и других металлов, в конструкциях электропечей (^02), для тепловыделяющих элементов в энергетических реакторах (и02) [4].

1.2 Техническая корундовая керамика

Корундовой технической керамикой называется керамика, содержащая более 95% а- А1^3. В литературе встречаются частные названия корундовой керамики: алюминооксид, корундиз, синоксоль, миналунд, сапфирит, поликор и др[5].

Все эти виды технической корундовой керамики отличаются составом и содержанием вводимых добавок. Стремление реализовать в ней максимально возможные значения тех или иных эксплуатационных характеристик и вызвало появление многочисленных ее видов. Технология различных керамик может существенно отличаться. Используются как достаточно традиционные керамические технологии с применением природного сырья, так и передовые технологические методы, в особенности для производства высокопрочных

материалов. Исходными сырьем в технологии корундовой керамики являются порошки оксида алюминия, получаемые различными способами.

Технический глинозем (технический оксид алюминия) традиционно является одним из основных видов сырья для производства корундовой керамики. Его получают путем разложения минерала боксита, представляющего собой смесь гидроксидов алюминия раствором едкой щелочи с образованием алюмината натрия, который переходит в раствор [6].

Раствор алюмината очищают от примесей, после чего выделяют чистый гидроксид алюминия, который прокаливают при температуре 1150-1200°С. В результате образуется порошок технического глинозема. Полученные порошки представляют собой шарообразные (сферолитные) агломераты кристаллов у-Л1203 размером менее 0,1мкм. Средний размер сферолитов составляет 40-70мкм.

В технологии керамики на основе Л1203 широко применяют белый электроплавленый корунд. Белый электрокорунд (корракс, алунд) получают путем плавки в электрических дуговых печах технического глинозема. Содержание а- Л1203 в белом электрокорунде составляет 98% и более.

Порошки оксида алюминия получают также термическим разложением некоторых солей алюминия, например, азотнокислого алюминия. Средний размер получаемых частиц составляет 0,1мкм, вследствие чего обладает большой химической активностью [7].

Для получения ультрадисперсных порошков Л1203, которые используются в технологии конструкционной и инструментальной керамики широкое распространение получил способ совместного осаждения гидроксидов (СОГ) и плазмохимического синтеза (ПХС). Сущность метода СОГ заключается в растворении солей алюминия, например,Л1С13 в растворе аммиака и последующем выпадении образующихся гидратов в осадок. Процесс ведут при низких температурах и больших сроках выдержки. Полученные гидроксиды сушат и прокаливают, в результате образуется порошок Л1203 с размером частиц 10-100нм. В технологии ПХС водный раствор А1(К03)3 подается в сопло плазмотрона. В каплях раствора возникают чрезвычайно высокие температурные

градиенты, происходит очень быстрый процесс синтеза и кристаллизации А1^3. Частицы порошка имеют сферическую форму и размер 0,1-1мкм.

Порошки А1^3перед формованием в большинстве случаев подвергают прокаливанию при температуре 1500°С с целью перевода в устойчивую и более плотную а-модификацию.

Для получения плотной спеченной корундовой керамики технический глинозем и электрокорунд должны быть измельчены до частиц размером 1-2 мкм, а в некоторых случаях и мельче. Для этого применяют шаровые, вибрационные и струйные мельницы. Шаровые мельницы футеруют алундовой клепкой или резиной. Засорения глинозема в такихмельницах практически не происходит. Формование корундовых изделий производят путем одноосного статического прессования, гидростатического прессования, горячего прессования [8].

Для производства изделий из А1^3 достаточно простой формы, например, втулок, режущих вставок, форсунок, фильер используется одноосное статическое прессование в металлических пресс-формах. В этом случае в порошок добавляется пластификатор, чаще всего каучук, в количестве 1-2% мас.

Метод гидростатического прессования позволяет получать крупногабаритные керамические заготовки сложной формы. В гидростате равномерные уплотняющие усилия и, соответственно, равноплотность всех участков прессуемого изделия обеспечивается передачей давления от нагнетаемой жидкости к изделию через эластичную оболочку. Равномерное распределение плотности в прессовке благоприятно сказывается на равномерности усадки при спекании. Наиболее прочные изделия из А1^31 получаются методом горячего прессования (ГП) в графитовых пресс-формах с покрытием из BN и горячего изостатического прессования (ГИП) в газостатах. При этом одновременно происходит уплотнение порошка в изделие и спекание [9].

Давление прессования составляет 20-40МПа, температура спекания 1200-1300°С. Методы ГП и ГИП являются технологически сложными и энергоемкими и применяются для получения ответственных керамических деталей

конструкционного назначения, работающих в условиях высоких температур и агрессивных сред.

Спекание корундовой керамики в большинстве случаев является твердофазным. Температура спекания зависит от дисперсности и активности исходных порошков, условий спекания, вида и количества добавок. Дисперсность порошков корунда оказывает решающее влияние не только на температуру спекания. Максимальный размер частиц порошка Л1203 не должен превышать 3-5мкм. Для порошков Л1203 с дисперсностью 1-2мкм без введения добавок температура спекания находится в пределах 1700-1750°С. При этом достигается плотность 3,7-3,85г/см3, или относительная плотность 0,94-0,96. Для подобного уплотнения при дисперсности 2мкм требуется уже температура 1750-1800°С, а при дисперсности около 5мкм даже при 1850°С плотность составляет всего 0,820,84 от теоретической. Ультра- и нанодисперсные порошки Л1203 вследствие высокой поверхностной энергии и дефектности кристаллического строения являются весьма активными. Корундовые прессовки из таких порошков могут спекаться до высокой плотности (0,95) при температуре 1600°С без существенного увеличения размера зерна. Во многих случаях в корундовую шихту вводятся различные добавки в виде оксидов или солей. Это делается с целью снижения температуры спекания и изменения характера кристаллизации при спекании.

Добавка ТЮ2 снижает температуру спекания корунда до 1500- 1550°С. При этом образуется твердый раствор ТЮ2 в Л1203, что вызывает искажение кристаллической решетки корунда и, как следствие, более активное спекание и рекристаллизацию. Добавка ТЮ2 вызывает интенсивный рост зерна корундовой керамики до 200-350мкм. Ряд добавок задерживает рост кристаллов корунда. Наиболее сильно этот эффект проявляется при введении МgО. При введении в шихту 0,5-1%МgО размер кристаллов спеченной керамики не превышает 2-10мкм. Это объясняется образованием на поверхности корунда микронных прослоек магнезиальной шпинели, задерживающих рост кристаллов. Мелкозернистая структура корунда с добавкой МgО улучшает механические

свойства корунда. Снижение температуры спекания корунда при введении МgО не наблюдается. Кроме добавок оксидов, часто применяют добавки, действие которых основано на образовании стекловидного вещества. Такие добавки снижают температуру обжига и одновременно вызывают замедление роста кристаллов, уменьшение пористости. Стеклообразующие добавки в большинстве случаев представляют собой щелочно-земельное алюмосиликатное стекло самого различного состава[10].

Следует отметить, что прочностные характеристики корундовой керамики в решающей мере определяются свойствами исходного порошка (чистота, дисперсность, активность) и технологией получения материала и варьируются в широких пределах. Так, предел прочности при изгибе корундовой керамики, полученной из технического глинозема путем прессования и спекания, не превышает 450МПа. В то же время прочность горячепрессованной керамики из

ультрадисперсных порошков А1^3 достигает 650МПа.

|

1.3 Области применения подшипниковых опор из керамических

материалов

Керамические материалы и детали на их основе могут применяться в узлах, предназначенных для особо тяжелых условий эксплуатации. Они проявляют постоянство эксплуатационных характеристик при довольно высоких значениях температуры. В соотношении со свойствами обычной подшипниковой стали керамика отличается повышенной твердостью, а также обеспечивает преимущества по уровню механического износа и коррозионной стойкости. В большинстве случаев это позволяет обеспечивать эксплуатацию подшипников в условиях сухого трения или с минимальным применением смазочного материала[11].

В производстве оборудования для нефтедобычи проявляется значительный интерес к применению керамических подшипников вследствие их превосходных

механических и трибологических характеристик. Экстремальные условия эксплуатации определяют такие требования, которые невозможно обеспечить без дополнительных усилий и затрат на средства защиты опорных узлов, направленных против воздействия внешних агрессивных сред, изготовленных по технологиям с применением обычных подшипников. При использовании керамических подшипников правила проектирования приводных агрегатов могут быть переопределены по новым требованиям. Коррозионностойкие керамические и гибридные подшипники используются в технических применениях, предназначенных для эксплуатации оборудования в морских условиях, например, в оборудовании для опреснения морской воды, которое повсеместно монтируется на установках для бурения нефтяных скважин. Керамические подшипники успешно проявили свои эксплуатационные характеристики в оборудовании по преобразованию энергии морских волн, т.е. в реализации проектов по возобновляемым источникам энергии. В химической перерабатывающей промышленности возможно применение керамических подшипников без применения сальников, в непосредственном контакте с технологическими средами или непосредственно в агрессивной технологической среде в условиях прямого коррозионного воздействия, при высоких температурах и во многих случаях без обеспечения любой дополнительной смазки. Такие применения можно найти в системах для нанесения тонких пленок, в реакторах синтеза или переработки полиэтилена, в газовых индукционных реакторах, а также в системах уплотнения валов с контролем герметичности.

Потребность в агрегатах без смазки можно найти в фармацевтической и медицинской промышленности, а также в вакуумных и полупроводниковых производственных технологиях. Для обеспечения сверхмалого износа керамические подшипники также можно применять в специальных зонах технологической обработки, в частности в зонах, прилегающих к участкам реализации критически важных технологических процессов, где по условиям производства запрещено применение любых смазочных материалов [12].

Как показали исследования Критского В.Ю. и Зубко А.И. [13], возможно использование керамических авиационных подшипников скольжения нового поколения в конструкциях опор роторов газотурбинных двигателей.В настоящее время появились новые керамические материалы, которые могут быть использованы для изготовления подшипников скольжения. В таких подшипниках удается резко уменьшить коэффициент трения в рабочей паре. Таким образом, применение подшипников скольжения позволяет получить более высокие результаты при оценке параметров газотурбинного двигателя в целом.

Для обеспечения длительной работоспособности подшипника необходимо иметь как можно меньший коэффициент трения скольжения пары, а тепло, выделяющееся в зоне трения, должно отводиться в детали конструкции опоры и через них в окружающую среду. Высокая теплопроводность деталей из керамики позволяет реализовать все представленные выше требования.

В атомной энергетике подшипниковые опоры используются в газовых центрифугах для разделения изотопов, узел трения - пара «игла - подпятник».

Газовые центрифуги для разделения изотопов - это современный способ обогащения урана изотопом и-235 для атомной энергетики и атомного вооружения. Перед обогащением природная смесь изотопов урана переводится в газообразную фазу в виде гексафторида урана. Высокая степень разделения достигается использованием множества отдельных газовых центрифуг, собранных в каскад (рисунок 1.3), что позволяет последовательно достичь более высокого обогащения урана-235 при значительно меньших энергетических затратах по сравнению с диффузионным каскадным процессом разделения изотопов, используемым ранее.

Рисунок 1.3 - Каскад газовых центрифуг

Газовая центрифуга работает при высоких скоростях, узел игла - подпятник испытывает колоссальные нагрузки, трение в этом узле осуществляется без смазочного материала. Подпятник выполняет функцию опоры и, как правило, его изготавливают из керамических материалов на основе А1203 [14].

1.4 Элементарная модель трения

Пусть две шероховатые поверхности сближаются друг с другом. Первоначально, по крайней мере, две неровности вступают в контакт. Даже при очень малой нагрузке давление на контакте очень велико в силу малости площади контакта. Материал более мягкой неровности начинает пластически деформироваться, и, в результате, поверхности продолжают сближаться, приводя в контакт все большее количество неровностей. Этот процесс продолжается до тех пор, пока площадь контакта не станет достаточной, чтобы нести нагрузку, рисунок 1.4.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Марков, Михаил Александрович, 2016 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Grashchenkov,D.V. AluminumüxideCeramicFibersandMaterialsBasedonthem/ D.V. Grashchenkov D.V., Yu.A. Balinova, E.V. Tinyakova//GlassandCeramics. 2012. V. 69. №3-4. P. 130-133.

2. Китайгородский, И. И. Передовая технология машиностроения/ И.И. Китайгородский.-М., 1955. - 552с.

3. Кийко, B.C. Керамика на основе оксида бериллия: Получение, физико-химические свойства и применение/ В.С. Кийко, Ю.Н. Макурин, А.Л. Ивановский.- Екатеринбург: Уральское отделение РАН (УрО РАН), 2006. -439 с.

4. Бойко, В.И. Торий в ядерном топливном цикле/ В.И Бойко [и др.]- М.: Издательский дом «Руда и Металлы», 2006. - 360 с.

5. Шевченко, В. Я. Введение в техническую керамику/ В.Я. Шевченко -М.: Наука, 1993. - 112 с.

6. Никольская, М.П. Технология получения глинозема из бокситов / М.П. Никольская. -Каменск-Уральский, 2007. - 184 с.

7. Андриевский, Р.А. Порошковое материаловедение/ Р.А. Андриевский. - М.: Металлургия, 1991. -208 с.

8. Лайнер, А. И. Производство глинозёма. 2-е издание/ А.И. Лайнер. -М.: Металлургиздат, 1978. -344 с.

9. Зубехин, А.П.Основы технологии тугоплавких неметаллических и силикатных материалов: учебное пособие/ А. П. Зубехин [и др.]. - М.: Картэк, 2010. - 307 с.

10. Хамано, Т. Воздействие ТЮ2 на спекание А1203/Т. Хамано.- 1986. V.94 - №5 - Р.505-511.

11. Гаркунов, Д.Н. Триботехника: Учебник для технических вузов/ Д.Н. Гаркунов - М.: Машиностроение, 1999. - 52 с.

12. Мышкин, Н.К. Трибология. Принципы и приложения/ Н.К. Мышкин, М.И. Петроковец. - Гомель: ИММС НАНБ, 2003. - 35 с.

13. Критский, В.Ю. Исследование возможности использованиякерамических авиационных подшипников скольжения нового поколения в конструкциях опор роторов газотурбинных двигателей/ В.Ю Критский, А.И. Зубко// Журнал «Двигатель», выпуск №3(87) 2013, C. 24-26.

14. Основы трибологии/Под ред. А.В. Чичинадзе. -М.: Машиностроение,2001. -663 с.

15. Трение, износ и смазка. Трибология и триботехника/Под ред. А.В. Чичинадзе. -М.: Машиностроение, 2003. -575 с.

16. Гаркунов,Д.Н. Триботехника/ Д.Н. Гаркунов.-М.: Машиностроение 1989. - 328 с.

17. Мышкин, Н.К. Трение. Смазка. Износ. Физические основы и технические приложения трибологии/ Н.К. Мышкин, М.И. Петроковец. - М: ФИЗМАТЛИТ 2007. - С.53-58.

18. Ремонт дорожных машин, автомобилей и тракторов/ Под ред. В.А. Зорина. -М.: Машиностроение, 2001. - 400 с.

19. Марков, Д.С. Метод экспериментального определения коэффициента внешнего трения при прокатке/Д.С. Марков// ГОУВПО «Норильский индустриальный институт», г. Норильск. 2007.

20. Локтев, Д. Методы и оборудование для нанесения износостойких покрытий/ Д. Локтев, Е. Ямашкин// Наноиндустрия. Научно-технический журнал. - 2007. - №4.

21. Износостойкие покрытия на инструментальных материалах/Гнесин Г.Г.,Фоменко С.Н. // Порошковая металлургия. - 1996. - №910. С. 1726.

22. Клюев, О.Ф. Оборудование «ДИМЕТ» для нанесения металлических покрытий. /О.Ф Клюев [и др.]// Сборник материалов Международной научно-технической конференции «Надежность и ремонт машин». В 3-х томах. Т.2-«Материалы, технологии и оборудование для восстановления, упрочнения и изготовления деталей машин и инструмента».- Орел: Изд-во ОрелГАУ, 2004. - С. 11-15.

23. Алхимов, А.П., Косарев В.Ф., Папырин А.Н. Метод «холодного» газодинамического напыления/ А.П. Алхимов, В.Ф Косарев, А.Н. Папырин. -ДАН СССР, т.315,1990. - С. 1062-1065.

24. Рекомендации по использованию порошковых материалов при проведении ремонтно-восстановительных работ с оборудованием «ДИМЕТ» моделей 402 и 403/Рекламный проспект. - Обнинск: ОЦПН, 2005. - 1 с.

25. Клубникин, B.C. О достижениях в термическом напылении покрытий/ В.С. Клубникин//Труды 6-й Международной конференции «Пленки и покрытия-2001». - СПб.: Изд-во СПб ГТУ, 2001. - С. 15-21.

26. Геращенков, Д.А. Исследование температуры потока в процессе холодного газодинамического напыления функциональных покрытий/ Д.А. Геращенков [и др.] // Вопросы материаловедения. 2014. № 2(77). С. 87-96.

27. Воронецкий, А.В. Получение высококачественных износостойких покрытий методом сверхзвукового газопламенного напыления покрытий/ А.В. Воронецкий [и др.]// Передовые термические технологии и материалы: Сборник аннотаций докладов I Международного симпозиума 22-26 сентября 1997 г., Кацивели, Украина. - М., 1997. - С. 38-40.

28. Eric, Irissou Investigation of Al-Al2O3/Eric Irissou, Jean-Gabriel Legoux, Bernard Arsenault, Christian Moreau// Cold Spray Coating. December 2007, Volume 16, Issue 5-6, p 661-668.

29. Ляхов, Н.З. Разработка конструкционных материалов на основе нанокомпозитных порошков/ Н.З Ляхов [и др.]. - Физическая мезомеханика. 2003. С. 63-76.

30. Витязь, П.А. Наноструктурные механически легированные дисперсно-упрочненные материалы на основе металлов/ П.А. Витязь, Ф.Г. Ловшенко, Г.Ф Ловшенко. - Минск: Диатех, 2010. С. 127-150.

31. Пат. 2038399 Российская Федерация, МПК C22C 1/09 B32B 15/14. Способ создания слоистых изделий объемной прерывистой формы/ А.И. Каширин [и др.].; заявитель и патентообладатель совместное предприятие "Петровский Трейд хаус". - 93027504/02; заявл. 12.05.1993; опубл.27.06.1995.

32. Пат. 2354749 Российская Федерация, МПК C23C 24/04 B82B 3/00. Способ получения наноструктурированных функционально-градиентных износостойких покрытий/ Д.А. Геращенков [и др.].; заявитель и патентообладатель ФГУП «ЦНИИ КМ «Прометей». - 2007113724/02; заявл. 12.04.2007; опубл. 20.10.2008.

33. Хенли, В.Ф. Анодное оксидирование алюминия и его сплавов. Пер. с англ. /Под ред. Синявского B.C. - М.: Металлургия, 1986. - 152 с.

34. Черненко, В.И. Получение покрытий анодно-искровым электролизом/ В.И Черненко, В.И. Снежко, И.И. Папанова. -Л.: Химия, 1991. - 128 с.

35. Корш, СВ. Технология микродугового оксидирования из титановых и алюминиевых сплавов. /С.В Корш// Прогрессивные материалы и технологии. -№ 1, 1993. - С. 188-189.

36. Барыкин, Н.В. Разработка технологии восстановления и упрочнения структура упрочненного поверхностного слоя на сплавах алюминия, получаемого

при микродуговом оксидировании/ Н.В. Барыкин//Физика и химия обработки материалов. - № 4, 1988. - С. 92-97.

37. Пат. 2194804 Российская Федерация, МПК С25Б 11/02 С25Б 11/06. Способ получения защитных покрытий на поверхности металлов и сплавов/ В.К. Шаталов, Л.В. Лысенко; заявитель и патентообладатель В.К. Шаталов, Л.В. Лысенко. - 2000126703/02; заявл. 23.10.2000; опубл. 20.12.2002.

38. Грихилес, С.Я. Электролитические и химические покрытия. Теория и практика/ С.Я. Грихилес, К.И. Тихонов.- Ленинград: Химия, 1990. - 288 с.

39. Малышев, В.Н. Особенности строения и свойства покрытий наносимых методом микродугового оксидирования/ В.Н Малышев [и др.]//Химическое и нефтяное машиностроение. - № 1, 1984. - С. 26-27.

40. Грихилес, С.Я. Электролитические и химические покрытия. Теория и практика/ С.Я. Грихилес, К.И. Тихонов- Ленинград: Химия, 1990. -288 с.

41. Пат. 2166570 Российская Федерация, МПК С25Б 11/08 С25Б 11/18.Способ получения покрытий/ А.Э. Атрошенко [и др.].; заявитель и патентообладатель Пензенский государственный университет. - 2000100631/02; заявл. 10.01.2000; опубл. 10.05.2001.

42. Барыкин, Н.В. Разработка технологии восстановления и упрочнения деталей из алюминиевых сплавов микродуговым оксидированием. Автореф. дис... канд. техн. наук: 05.20.03. — М., 1994. - 19 с.

43. Нечаев, Г.Г. Микродуговое оксидирование: Модель эквивалентных сопротивлений/ Г.Г Нечаев, С.С. Попова// Коррозия: материалы, защита, 2008. № 7. С. 40-42.

44. Чуфистов, О.Е. Разработка технологии микродугового оксидирования изделий из алюминиевых сплавов на основе исследования структуры и свойств получаемых покрытий: Автореф. дис. канд. техн. наук: 05.02.01.-Пенза, 1999.20 с.

45. Марков, Г.А. Микродуговые и дуговые процессы и перспективы их практического использования/ Г.А. Марков, О.П. Терлеева, Е.К. Шулепко// Тез. докл. научн.-тех. семинара "Анод-88". Казань, 1988. С.73-75.

46. Петросянц, А.А. Кинетика изнашивания покрытий, нанесенных методом микродугового оксидирования/ А.А. Петросянц [и др.]// Трение и износ. - 1984. т. 5. №20. С. 350-354.

47. Севостьянов, А.Л. Восстановление и упрочнение седел коробки насосной установки Ж6-ВНП микродуговым оксидированием: Автореферат дис... канд. техн. наук: 05.20.03. - М. 2003.-35 с.

48. Каблов, Е.Н. Перспективные высокотемпературные керамические композиционные материалы/ Е.Н. Каблов [и др.]//Российский химический журнал. 2010. T.LIV. №1. С. 20-24.

49. Технология конструкционных материалов/ Под ред. О.С. Комарова. -Минск: ООО «Новое знание», 2005. 560 с.

50. Бушуев, Ю.Г. Углерод - углеродные композиционные материалы: Справочник/ Ю.Г Бушуев, М.И. Персин, В.А. Соколов. - М.: Металлургия, 1994.127 с.

51. Пилиповский, Ю.Л. Композиционные материалы в машиностроении/ Ю.Л. Пилиповский, Т.В. Грудина, А.Б. Сапожникова.- К.: Техника, 1990. - 211 с.

52. Меёуеёоувк1, E. Wear-resistant engineering ceramics/ Wear 249 (2001)-Р. 821-828.

53. Марков, М.А. Экспресс-трибологические исследования износостойкой керамики на основе Al2O3 с волокнами SiC в паре трения со сталью/ М.А. Марков, Д.В. Снимщиков, А.В. Красиков// Вопросы материаловедения. - 2016 - № 3. - С. 97-103.

54. Марков, М.А. Экспресс-трибологические исследования износостойкой керамики на основе Al2O3 с волокнами SiC в паре трения со сталью/ М.А. Марков, Д.В. Снимщиков, А.В. Красиков// Тезисы докладов

Девятой всероссийской конференции «Керамика и композиционные материалы», г. Сыктывкар, 2016 г. - С. 347.

55. Марков, М.А. Трибологические исследования перспективных керамических материалов для опор быстровращающихся роторов/ С.С. Орданьян, О.Н. Годисов, М.А. Марков// Сборник тезисов Российской конференции (с международным участием) «Высокотемпературная химия оксидных систем», Институт химии силикатов РАН, Санкт-Петербург, 2013 г. - С.64.

56. Марков, М.А. Трибологические исследования износостойких керамик/ М.А. Марков, Д.В. Снимщиков// Материалы открытой научно-технической конференции молодых специалистов, ОАО «Чепецкий механический завод, г. Глазов, 2013 г. - С.50.

57. Падохин, В.Л. Исследования процессов измельчения в вибромельнице/ В.Л. Падохин [и др.]// Известия вузов. Серия «Химия и химическая технология». 1979. Т.22. N 1. С.97-100.

58. Лукин,Е.С. Современная высокоплотная оксидная керамика с регулируемой микроструктурой. Ч. II. Обоснование принципов выбора добавок, влияющих на степень спекания оксидной керамики/ Е.С. Лукин// Огнеупоры и техническая керамика. -1996. -№ 4. - С. 2-13.

59. Фадин, Ю.А. Применение акустической эмиссии для оценки массового износа/ Ю.А. Фадин// Трение и износ - 2008. - Т.29, № 1. - С. 27-32.

60. Марков, М.А. Исследование износостойких композиционных керамических материалов на основе оксида алюминия и кубического нитрида бора для опор быстровращающихся роторов/ М.А. Марков// Тезисы Межвузовской научно-практической конференции «Наукоемкие технологии», Санкт-Петербургский Государственный университет кино и телевидения, Санкт-Петербург, 2014 г. - С.83-90.

61. Грихилес, С.Я. Электролитические и химические покрытия. Теория и практика/ С.Я. Грихилес, К.И. Тихонов.- Ленинград: Химия, 1990. - 288 с.

62. Марков, М.А. Трибологические свойства алюмооксидной керамики с различным размером зерна в опорах гироскопов/ М.А. Марков [и др.]// Вопросы материаловедения. - 2016 - № 4. - С. 29-34.

63. Батищев, А. Н. Восстановление и упрочнение деталей из алюминиевых сплавов микродуговым оксидированием /А.Н. Батищев, Ю.А. Кузнецов. - Орел: Орел ГАУ, 2001. - 99 с.

64. Алимов, В.Х. Оценка стабильности электролита при плазменно-электролитическом оксидировании деталей. Аграрная наука - основа успешного развития АПК и сохранения экосистем/ В.Х. Алимов, Ю.А. Кузнецов// Материалы Международной научно-практической конференции. 2012. - С. 251-254.

65. Бердиков, В. Ф. Нанесение корундовых покрытий на алюминиевую подложку методом микродугового оксидирования/В.Ф. Бердиков//Вестник машиностроения. - 1991. - № 4. - С. 64-65.

66. Суминов, И. В. Микродуговое оксидирование: теория, технология, оборудование/ И.В. Суминов [и др.]. - М.: ЭКОМЕТ, 2005. -368 с.

67. Красиков, А.В. Исследование образования керамических покрытий микродуговым оксидированием в боратном электролите/ А.В. Красиков, М.А. Марков, А.Д. Быкова // Известия СПбГТИ. - 2016 №36 (62). - С. 36-41.

68. Виткин, А.И. Металлические покрытия листовой и полосовой стали/ А.И. Виткин, И.И. Тейндл. - М.:Металлургия, 1971,496 с.

69. Завалищин, А.Н. Разработка совмещенной технологии алюминирования и термообработки стали /А.Н. Завалишин, А.В. Папшев// Известия вузов. Черная металлургия. - 1998. №3. С. 54-59.

70. Дроздов, Ю.Н. Метод выбора керамических материалов для пары трения кулачок-толкатель/ Ю.Н. Дроздов, А.Г. Хуршудов, В.И. Панин// Трение и износ. - 1991. - Т. 14. - №3. - С. 479-486.

71. Kato,K Wearofadvancedceramics/ Kato К., Adachi К. -Wear, 2002, V.253. P. 1097-1104.

72. Poser,K.Development of Al2O3 based ceramics for dry friction system/ Poser K., Zum Gahr K.-H., Schneider J. -Wear. 2005. V. 259. P.529-538.

73. Демкин, Н.Б. Контактирование шероховатых поверхностей/ Н.Б. Демкин. - М. Наука, 1970, 227 с.

74. Табенкин, А.Н. Шероховатость, волнистость, профиль. Международный опыт/ А.Н. Табенкин, С.Б. Тарасов, С.Н. Степанов. -СПб.: Изд-во Политехнического института, 2007, 136 с.

75. Фадин, Ю.А. Экспресс-оценка трибологических свойств износостойких материалов/ Ю.А. Фадин, М.А. Марков, А.А. Кукина// Известия высших учебных заведений. Приборостроение. - 2016 - № 8. - С. 641-644.

76. Фадин, Ю.А. Оценка износостойкости материалов на основе оксида алюминия/ Ю.А. Фадин, М.А. Марков, С.С. Орданьян// Огнеупоры и техническая керамика. - 2015. - № 4-5. - С. 8-10.