Разработка порошковых алюмоматричных композиционных материалов для газодетонационного напыления антифрикционных покрытий

Введение……………………………………………………………………………………… 5
ГЛАВА 1. Состояние вопроса получения антифрикционных покрытий тяжелонагруженных изделий ………………………………………………… 15 1.1 Антифрикционные покрытия …………………………………………………. 15 1.1.1 Углеродсодержащие покрытия …………………………………….. 17 1.1.2 Многофазные нанокомпозицонные покрытия……………….. 22 1.1.3 Твердые смазки ……………………………………………………………. 23 1.1.4 Пластичные металлы как твердые смазки …………………….. 26
1.1.5 Прочие материалы, используемые для создания
антифрикционных покрытий ………………………………………………… 27 1.2 Способы создания покрытий с особыми свойствами ………………. 30 1.2.1 Физическое газофазное осаждение покрытий ……………….. 30 1.2.2 Химическое газофазное осаждение покрытий ………………. 31 1.2.3 Метод наплавки электронными пучками ………………………. 32 1.2.4 Плазменная наплавка……………………………………………………. 33 1.2.5 Гибридная технология наплавки …………………………………… 34
1.2.6 Дуговая наплавка плавящимся и неплавящимся электродом …………………………………………………………………………… 35 1.2.7 Электроискровое легирование ……………………………………… 35 1.2.8 Лазерная наплавка ……………………………………………………….. 36 1.2.9 Детонационное напыление …………………………………………… 37 1.2.10 Плазменное напыление ………………………………………………. 37 1.2.11 Прочие способы создания покрытий …………………………… 38
1.3 Конструкторские и эксплуатационные особенности
поршня двигателя внутреннего сгорания ………………………………………………. 39 1.4 Выводы по главе…………………………………………………………………….. 48 ГЛАВА 2. Материалы и методы исследования …………………………….. 51
3
2.1 Оборудование для газодетонационного напыления по-
крытий …………………………………………………………………………………………………. 51 2.1.1 Сущность способа газодетонационного напыле- ния……………………………………………………………………………………….. 51 2.1.2 Экспериментальная установка газодетонационно-
го напыления «Катунь М», ее отдельные узлы и систе-
мы ……………………………………………………………………………………….. 57 2.2 Материалы для создания покрытий ………………………………………… 65 2.3 Подготовка порошков. Механоактивационная обработка
порошковых смесей ……………………………………………………………………………… 66 2.4 Методы исследования порошковой композиционной
смеси и покрытий …………………………………………………………………………………. 70 2.4.1 Оптическая микроскопия ……………………………………………… 70 2.4.2 Растровая электронная микроскопия…………………………….. 71 2.4.3 Рентгенофазовый анализ ………………………………………………. 72 2.4.4 Износостойкость и антифрикционность ……………………….. 72 2.4.5 Топография поверхности покрытия………………………………. 73 2.4.6 Методика моделирования процесса движения композиционной смеси в двухфазном потоке газодето- национной установки …………………………………………………………… 73
2.5 Выводы по главе…………………………………………………………………….. 74
ГЛАВА 3. Структурные исследования алюмоматричных композиционных материалов с углеродными компонентами…………………. 76
3.1 Исследование структурного состояния композиционной порошковой смеси состава «алюминий – углерод» после механи-
ческой активации………………………………………………………………………………….. 76
3.2 Исследование структурного состояния композиционной порошковой смеси состава «алюминий – фуллерен» после меха- нической активации ……………………………………………………………………………… 84

4
3.3 Исследование структурного состояния композиционной
порошковой смеси состава «алюминий – углерод/фуллерен – кар-
бид бора» после механической активации …………………………………………….. 88 3.4 Выводы по главе…………………………………………………………………….. 95
ГЛАВА 4. Газодетонационное напыление алюмоматричных композиционных материалов с углеродными структурами. Мор-
фология и свойства покрытий……………………………………………………………….. 98
4.1 Моделирование процесса движения напыляемых частиц
в стволе установки ……………………………………………………………………………….. 98
4.2 Оптическая микроскопия газодетонационных покрытий ………… 114
4.3 Растровый электронный анализ газодетонационных по-
крытий …………………………………………………………………………………………………. 118 4.4 Рентгенофазовый анализ покрытий ………………………………………… 125 4.5 Анализ поверхности газодетонационных покрытий………………… 131 4.6 Выводы по главе…………………………………………………………………….. 133
ГЛАВА 5. Триботехнические испытания и апробация ре-
зультатов экспериментальных исследований ………………………………………… 137
5.1 Исследование антифрикционных и износостойких
свойств газодетонационных покрытий ………………………………………………….. 137
5.2 Газодетонационное напыление рабочих поверхностей
поршня ДВС транспортного средства «Поларис» ………………………………….. 142
5.3 Рекомендации по газодетонационному напылению ан- тифрикционных покрытий поршня ДВС……………………………………………….. 144 5.4 Выводы по главе…………………………………………………………………….. 147 Заключение …………………………………………………………………………………. 149 Список использованных источников ……………………………………………. 152
Приложение А – Акт внедрения результатов диссертацион-
ной работы …………………………………………………………………………………………… 172