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

Чукарев, Богдан Отделение материаловедения (ОМ)
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

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.

Одним из основных требований, предъявляемых к космическим аппаратам,
является обеспечение надежного функционирования и повышение длительности
эксплуатации на орбите. Важнейшим конструктивным узлом, определяющим
срок службы на орбите сканеров-зондировщиков спутников дистанционного
зондирования Земли, является токосъемник, непрерывно вращающийся в
процессе эксплуатации и работающий как электроконтактная пара трения [1].
Токосъемник представляет собой контактную пару «металлическая щетка –
металлическое контактное кольцо» во вращающихся контактных устройствах,
осуществляющих электрическую связь между космическим аппаратом и
внешними вращающимися агрегатами типа сканеров-зондировщиков [2]. Для
увеличения ресурса токосъемников актуальной является разработка способов
повышения износостойкости применяемых для изготовления пар трения
конструкционных материалов. Однако в этом случае обязательным условием
является не только сохранение низкого коэффициента трения и высокой
износостойкости, но и высоких значений электропроводности.
Трение в условиях космического пространства осложняется
безкислородной средой, обусловливающей адгезионное схватывание
контактирующих поверхностей, и низкими температурами, обуславливающими
невозможность использования жидких смазок. Основным направлением для
повышения ресурса работы слаботочных токосъемников в литературных
источниках является поиск оптимального состава материала щетки методом
порошковой металлургии. В России на сегодняшний день в качестве щеток
токосъемников используются серебряные и медные сплавы [3]. Для снижения
коэффициента трения и повышения износостойкости в сплавы в процессе
плавления добавляют дисульфид молибдена и углерод. Контртела – кольца
изготавливают из чистых металлов при содержании основного металла не менее,
9,999 вес.%. Тем не менее, имеющиеся сегодня в промышленности сплавы не
могут обеспечить необходимый срок эксплуатации токосъемников для
перспективных космических аппаратов, и поиск путей повышения их
износостойкости является на сегодня актуальной задачей.
Повысить срок эксплуатации электроконтактной пары трения может
поверхностная модификация уже разработанных или разрабатываемых для
применения в будущем материалов, однако в литературных источниках
представлено мало сообщений об износостойком покрытии, обладающим
высокой электропроводностью. За рубежом (NASA, USA, ESA, Europe) для
повышения ресурса работы пар трения в космических аппаратах идут по пути
разработки износостойких антифрикционных трех- и четырехслойных покрытий
типа «хамелеон» на основе композиций типа WC/DLC/WS2 или
ZrYO/Au/DLC/WS2, имеющих низкий коэффициент трения не только в сухой и
влажной атмосфере, но и в вакууме [4-6]. Однако, главное требование,
предъявляемое к используемым материалам, помимо высокой износостойкости,
является высокая электропроводность. Поэтому указанные выше покрытия типа
«хамелеон», которые не являются электропроводными, не могут быть применены
в токосъемниках. Требуется разработка износостойких и электропроводящих
покрытий и способов их нанесения.
Для смазывания узлов, работающих в космическом пространстве,
традиционно используется дисульфид молибдена, однако применение чистого
дисульфида молибдена для смазывания слаботочной электроконтактной пары
трения невозможно из-за его высокого удельного электрического сопротивления.
Снижение удельного электрического сопротивления дисульфида молибдена
представляется возможным путем его легирования медью. Твердая смазка,
обладающая с одной стороны металлической проводимостью и смазывающей
способностью дисульфида молибдена с другой стороны, может быть
перспективной для смазывания узлов электроконтактной пары трения в условиях
эксплуатации в открытом космосе.
В связи с вышеизложенным целью настоящей работы является
исследование влияния нанесения покрытия на основе Cu-Mo-S и окружающей
среды на износ медной пары трения.

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.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Последние выполненные заказы

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Юлия К. ЮУрГУ (НИУ), г. Челябинск 2017, Институт естественных и т...
    5 (49 отзывов)
    Образование: ЮУрГУ (НИУ), Лингвистический центр, 2016 г. - диплом переводчика с английского языка (дополнительное образование); ЮУрГУ (НИУ), г. Челябинск, 2017 г. - ин... Читать все
    Образование: ЮУрГУ (НИУ), Лингвистический центр, 2016 г. - диплом переводчика с английского языка (дополнительное образование); ЮУрГУ (НИУ), г. Челябинск, 2017 г. - институт естественных и точных наук, защита диплома бакалавра по направлению элементоорганической химии; СПХФУ (СПХФА), 2020 г. - кафедра химической технологии, регулирование обращения лекарственных средств на фармацевтическом рынке, защита магистерской диссертации. При выполнении заказов на связи, отвечаю на все вопросы. Индивидуальный подход к каждому. Напишите - и мы договоримся!
    #Кандидатские #Магистерские
    55 Выполненных работ
    Татьяна М. кандидат наук
    5 (285 отзывов)
    Специализируюсь на правовых дипломных работах, магистерских и кандидатских диссертациях
    Специализируюсь на правовых дипломных работах, магистерских и кандидатских диссертациях
    #Кандидатские #Магистерские
    495 Выполненных работ
    Вики Р.
    5 (44 отзыва)
    Наличие красного диплома УрГЮУ по специальности юрист. Опыт работы в профессии - сфера банкротства. Уровень выполняемых работ - до магистерских диссертаций. Написан... Читать все
    Наличие красного диплома УрГЮУ по специальности юрист. Опыт работы в профессии - сфера банкротства. Уровень выполняемых работ - до магистерских диссертаций. Написание письменных работ для меня в удовольствие.Всегда качественно.
    #Кандидатские #Магистерские
    60 Выполненных работ
    Анна С. СФ ПГУ им. М.В. Ломоносова 2004, филологический, преподав...
    4.8 (9 отзывов)
    Преподаю англ язык более 10 лет, есть опыт работы в университете, школе и студии англ языка. Защитила кандидатскую диссертацию в 2009 году. Имею большой опыт написания... Читать все
    Преподаю англ язык более 10 лет, есть опыт работы в университете, школе и студии англ языка. Защитила кандидатскую диссертацию в 2009 году. Имею большой опыт написания и проверки (в качестве преподавателя) контрольных и курсовых работ.
    #Кандидатские #Магистерские
    16 Выполненных работ
    Татьяна П.
    4.2 (6 отзывов)
    Помогаю студентам с решением задач по ТОЭ и физике на протяжении 9 лет. Пишу диссертацию на соискание степени кандидата технических наук, имею опыт годовой стажировки ... Читать все
    Помогаю студентам с решением задач по ТОЭ и физике на протяжении 9 лет. Пишу диссертацию на соискание степени кандидата технических наук, имею опыт годовой стажировки в одном из крупнейших университетов Германии.
    #Кандидатские #Магистерские
    9 Выполненных работ
    Ксения М. Курганский Государственный Университет 2009, Юридический...
    4.8 (105 отзывов)
    Работаю только по книгам, учебникам, статьям и диссертациям. Никогда не использую технические способы поднятия оригинальности. Только авторские работы. Стараюсь учитыв... Читать все
    Работаю только по книгам, учебникам, статьям и диссертациям. Никогда не использую технические способы поднятия оригинальности. Только авторские работы. Стараюсь учитывать все требования и пожелания.
    #Кандидатские #Магистерские
    213 Выполненных работ
    Родион М. БГУ, выпускник
    4.6 (71 отзыв)
    Высшее экономическое образование. Мои клиенты успешно защищают дипломы и диссертации в МГУ, ВШЭ, РАНХиГС, а также других топовых университетах России.
    Высшее экономическое образование. Мои клиенты успешно защищают дипломы и диссертации в МГУ, ВШЭ, РАНХиГС, а также других топовых университетах России.
    #Кандидатские #Магистерские
    108 Выполненных работ
    Дмитрий Л. КНЭУ 2015, Экономики и управления, выпускник
    4.8 (2878 отзывов)
    Занимаю 1 место в рейтинге исполнителей по категориям работ "Научные статьи" и "Эссе". Пишу дипломные работы и магистерские диссертации.
    Занимаю 1 место в рейтинге исполнителей по категориям работ "Научные статьи" и "Эссе". Пишу дипломные работы и магистерские диссертации.
    #Кандидатские #Магистерские
    5125 Выполненных работ
    Татьяна С. кандидат наук
    4.9 (298 отзывов)
    Большой опыт работы. Кандидаты химических, биологических, технических, экономических, юридических, философских наук. Участие в НИОКР, Только актуальная литература (пос... Читать все
    Большой опыт работы. Кандидаты химических, биологических, технических, экономических, юридических, философских наук. Участие в НИОКР, Только актуальная литература (поставки напрямую с издательств), доступ к библиотеке диссертаций РГБ
    #Кандидатские #Магистерские
    551 Выполненная работа

    Другие учебные работы по предмету

    Решение технологических проблем при обработке литого корпуса
    📅 2021год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Повышение работоспособности торцовых фрез с механическим креплением режущих пластин
    📅 2020год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Разработка технологии изготовления деталей насос-дозатора с применением операции дорнования
    📅 2020год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Разработка технологии автоматической сварки под слоем флюса тавровых балок на установке Corimpex
    📅 2020год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Разработка алгоритмов управления дугой горящей в динамическом режиме
    📅 2020год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Электронно-лучевая сварка термоизолированной трубы
    📅 2021год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)