Влияние покрытия на основе Cu-Mo-S и окружающей среды на износ медной пары трения

Влияние электропроводящего твердосмазочного покрытия на основе Cu–Mo–S, полученного импульсным магнетронным распылением композиционной мишени, на износ медной пары трения

РЕФЕРАТ ………………………………………………………………………………………………….. 5
ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………………………………………………………….. 8
1. Обзор литературы по триботехническим свойствам меди ………………………. 10
1.1. Основные закономерности трения и изнашивания металлических
материалов ……………………………………………………………………………………………. 10
1.2 Основные виды изнашивания ………………………………………………………. 13
1.3 Триботехнические свойства меди …………………………………………………. 17
1.4 Нанесение покрытия как метод повышения износостойкости ………… 23
1.5 Постановка цели и задач исследования …………………………………………. 28
2. Материалы и методы исследования ………………………………………………………. 31
2.1 Материалы для исследования ………………………………………………………. 31
2.2 Магнетронное осаждение композитных покрытий на основе CuxMoySz . 31
2.3 Триботехнические испытания ………………………………………………………. 37
2.4 Электрические характеристики покрытий …………………………………….. 39
2.5 Микроструктура и химический состав покрытий …………………………… 40
3. Структура и свойства покрытий на основе CuxMoySz, осажденных методом
импульсного магнетронного распыления ……………………………………………………. 44
3.1 Микротруктура и химический состав покрытий CuxMoySz ……………… 44
3.2 Триботехнические свойства покрытий системы Cu–Mo–S при испытании
в атмосфере аргона и воздуха …………………………………………………………………. 47
3.3 Триботехнические свойства покрытий CuxMoySz при испытании в
вакууме ………………………………………………………………………………………………… 55
3.4 Электрические характеристики покрытий CuxMoySz………………………. 58
4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение .. 60
4.1 Предпроектный анализ. Потенциальные потребители исследования . 60
4.1.1 Анализ конкурентных технических решений с позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения ………………………………………….. 61
4.2 SWOT-анализ ……………………………………………………………………………… 66
4.3 Инициация проекта ……………………………………………………………………… 68
4.3.1 Цели и результаты проекта ………………………………………………………….. 68
4.3.2 Организационная структура проекта …………………………………………….. 69
4.3.3 Ограничения и допущения проекта ………………………………………………. 70
4.4 Планирование управления научно-техническим проектом……………… 72
4.4.1 Иерархическая структура работ проекта ……………………………………….. 72
4.4.2 Контрольные события проекта …………………………………………………….. 73
4.5 Расчет сметы затрат на выполнение проекта …………………………………. 73
4.5.1 Расчет затрат на материалы ………………………………………………………….. 74
4.5.2 Расчет затрат на оборудование …………………………………………………….. 75
4.5.3 Расчет заработной платы ……………………………………………………………… 76
4.5.4 Отчисления на социальные нужды ……………………………………………….. 77
4.5.5 Расчет затрат на электроэнергию ………………………………………………….. 77
4.5.6 Расчет прочих расходов ……………………………………………………………….. 79
4.5.7 Расчет общей себестоимости затрат разработки …………………………….. 79
4.6 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой,
бюджетной, социальной и экономической эффективности исследования ….. 80
4.6.1 Оценка абсолютной эффективности исследования ………………………… 80
4.7 Заключение по разделу ………………………………………………………………… 87
5 Социальная ответственность …………………………………………………………………… 90
Заключение …………………………………………………………………………………………….. 103
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ………………………………………………………………………… 105
ПРИЛОЖЕНИЕ А …………………………………………………………………………………… 120
Аннотация
Влияние электропроводящего твердосмазочного покрытия на основе Cu–
Mo–S, полученного импульсным магнетронным распылением композиционной
мишени, на износ медной пары трения изучается при проведении
трибологических испытаний на трибомашине в атмосфере аргона при давлении
1х105 Па и вакуума при давлении остаточных газов, не превышающих 5х10-3 Па.
Исследована кинетика износа медной пары трения без покрытия и с покрытием
в разных условиях изнашивания. Получены экспериментальные данные о влиянии
толщины покрытия и вида окружающей атмосферы на характер износа и
величину износостойкости. Полученные результаты могут быть полезны и
использованы в космической отрасли с целью разработки высокоресурсных
электроконтактных пар трения для космических спутников типа «Метеор» и
других сканеров-зондировщиков, осуществляющих непрерывное зондирование
Земли из космоса.

Таким образом, в ходе выполнения данной работы можно сделать
следующие выводы:
1. Методом импульсного магнетронного распыления композиционной
мишени на основе меди и дисульфида молибдена на медных подложках получено
триботехническое покрытие с волокнисто-глобулярную структурой толщиной до
60 мкм. Доля волокон на площади поверхности покрытия толщиной 15 мкм
составляет 65-75 %, глобул – 25-35%. Усредненный по площади химический
состав покрытия содержит: медь – 52 ат.%, молибден – 19 ат.%, сера – 29 ат.%.
Глобулы состоят из почти чистой меди с содержанием примесей менее ~1 ат.%.
Состав волокон покрытия можно представить в виде химической формулы
Cu2,4Mo6,1S7,5. Он близок в пределах экспериментальной погрешности к
химическому соединению Cu2Mo6S8, входящему в группу сверхпроводящих фаз
Шевреля.
2. Экспериментально установлено, что покрытие на основе CuxMoySz
повышает износостойкость меди при работе в паре с медным контртелом в
атмосфере аргона в  300 раз за счет смены адгезионного изнашивания на
усталостное путем образования граничных слоев твердой смазки на
контактирующих поверхностях. Граничные слои из твердой смазки состоят из
частиц соединения Cu2Mo6S8 и образуются путем «размазывания» волокон
покрытия. В пользу твердосмазочного механизма повышения износостойкости
свидетельствует понижение коэффициента трения в 2,2 раза при нанесении
покрытия CuxMoySz на одно из тел пары трения, а также сглаживание
скачкообразной кривой трения, указывающего на смену механизма от
адгезионного к усталостному.
3. Обнаружено, что в вакууме скорость износа покрытия в ~ 1,8 раза
меньше, чем в аргоне, что можно объяснить присутствием в аргоне небольшой
концентрации воздуха, которая, по-видимому, приводит к дополнительному
окислительному изнашиванию покрытия.
4. Показано, что ресурс работы покрытий CuxMoySz линейно возрастает с
увеличением толщины вплоть до 50-60 мкм. При изнашивании образцов с
покрытием в воздушной атмосфере по сравнению с инертной атмосферой аргона
зависимость срока службы покрытий с ростом толщины покрытия увеличивается
менее интенсивно (в 2,3 раза), что связано с дополнительным действием
механизма окислительного износа кроме основного действующего в инертной
атмосфере механизма усталостного износа покрытия.
5. Измерениями удельного электрического сопротивления показано, что
полученное покрытие CuxMoySz обладает металлической проводимостью,
отличающейся по величине от проводимости чистой меди в меньшую сторону в
~12 раз, тогда как проводимость дисульфида молибдена меньше проводимости
меди в ~ 5×108 раз.