Застосування композиційних електролітичних покриттів для підвищення зносостійкості робочих органів грунтобробних машин

Abstract

У статті приведені результати досліджень впливу композиційних електролітичних покриттів (КЕП) на перспективи підвищення абразивної зносостійкості робочих органів грунтообробних машин: лап культиваторів, дискових борін, лемешів. У даній роботі досліджено вплив розмірів частинок наповнювача SiC (карбіду кремнію) та їх об’ємного вмісту в нікелевій матриці на трибологічні характеристики КЕП, нанесених на зразки із сталі 45. Формування КЕП з Ni-SiCнано і Ni-SiC5, а також з включеннями аморфного бору проводили на вертикальному катоді з неперервним розмішуванням суспензії на розробленій нами установці. Формування КЕП з частинками SiC28, SiC50, SiC100 із додаванням порошків аморфного бору здійснювали на горизонтальному катоді. Зміна вмісту частинок в матриці регулювалася зміною відношення / u c   і (час перемішування/час седиментації) та зміною концентрації частинок SiC і В в електроліті. Найвищу зносостійкість серед наведених покриттів мають КЕП з включеннями фракцій 28/20 та 50/40 мкм, які мають найменший знос при всіх навантаженнях. Вміст наповнювача в таких покриттях складає, відповідно, 24 та 28 об.%. При цьому дещо менший знос мають покриття з включеннями фракції 28/20 мкм. Ваговий знос таких зразків є на порядок менший ніж для покриттів з меншими та крупнішими частинками. У порівнянні з гальванічним нікелем такі покриття мають зменшення зносу у 12, 9 та 5 разів при навантаженнях 20, 40, 60 Н, відповідно. Аналіз результатів випробувань показав, що на коефіцієнт тертя суттєво впливають навантаження при терті та розмір частинок наповнювача SiC і чітко прослідковується така закономірність, що зі збільшенням навантаження на зразок коефіцієнт тертя зменшується. Щодо впливу розміру частинок наповнювача КЕП на коефіцієнт тертя f, можна відзначити, що коефіцієнт тертя зменшується з ростом розмірів частинок і для діапазону розмірів частинок наповнювача 40…60 мкм коефіцієнт тертя є мінімальним. Для покриттів з більшими частинками наповнювача (фракція 100/80) коефіцієнт тертя є більшим. Отже, трибологічні дослідження показують перспективність і ефективність застосування КЕП для підвищення зносостійкості робочих органів ґрунтообробних машин.

В статье приведены результаты исследований влияния композиционных электролитических покрытий (КЭП) на перспективы повышения абразивной износостойкости рабочих органов почвообрабатывающих машин: лап культиваторов, дисковых борон, лемехов. В данной работе исследовано влияние размеров частиц наполнителя SiC (карбида кремния) и их объемного содержания в никелевой матрицы на трибологические характеристики КЭП, нанесенных на образцы из стали 45. Формирование КЭП с Ni-SiCнано и Ni-SiC5, а также с включениями аморфного бора проводили на вертикальном катоде с непрерывным размешиванием суспензии на разработанной нами установке. Формирование КЭП с частицами SiC28, SiC50, SiC100 с добавлением порошков аморфного бора осуществляли на горизонтальном катоде. Изменение содержания частиц в матрице регулировалась изменением отношения и (время перемешивания / время седиментации) и изменением концентрации частиц SiC и В в электролите. Самую высокую износостойкость среди приведенных покрытий имеют КЭП с включениями фракций 28/20 и 50/40 мкм, которые имеют наименьший износ при всех нагрузках. Содержание наполнителя в таких покрытиях составляет, соответственно, 24 и 28 об.%. При этом несколько меньший износ имеют покрытие с включениями фракции 28/20 мкм. Весовой износ таких образцов на порядок меньше, чем для покрытий с меньшими и более крупными частицами. По сравнению с гальваническим никелем такие покрытия обладают большей износостойкостью в 12, 9 и 5 раз при нагрузках 20, 40, 60 Н соответственно. Анализ результатов испытаний показал, что на коэффициент трения существенно влияют нагрузки при трении и размер частиц наполнителя SiC и четко прослеживается такая закономерность, что с увеличением нагрузки на образец коэффициент трения уменьшается. О влиянии размера частиц наполнителя КЭП на коэффициент трения f можно отметить, что коэффициент трения уменьшается с ростом размеров частиц и для диапазона размеров частиц наполнителя 40 ... 60 мкм коэффициент трения минимален. Для покрытий с большими частицами наполнителя (фракция 100/80) коэффициент трения является большим. Итак, трибологические исследования показывают перспективность и эффективность применения КЭП для повышения износостойкости рабочих органов почвообрабатывающих машин.

The article presents the results of research on the influence of composite electrolytic coatings (CEP) on the prospects of increasing the abrasive wear resistance of the working bodies of tillage machines: cultivator legs, disc harrows, plowshares. In this work, the influence of SiC (silicon carbide) filler particle sizes and their volume content in the nickel matrix on the tribological characteristics of QES applied to steel 45 samples was investigated. The formation of CEP with Ni-SiCano and Ni-SiC5, as well as with inclusions of amorphous boron was performed on a vertical cathode with continuous stirring of the suspension on our developed installation. The formation of CEP with SiC28, SiC50, SiC100 particles with the addition of amorphous boron powders was performed on a horizontal cathode. The change in the content of particles in the matrix was regulated by changing the ratio and (mixing time / sedimentation time) and changing the concentration of SiC and B particles in the electrolyte. CEP with inclusions of fractions 28/20 and 50/40 μm, which have the lowest wear at all loads, have the highest wear resistance among the given coatings. The filler content in such coatings is, respectively, 24 and 28 vol.%. At the same time coatings with inclusions of fraction of 28/20 microns have a little less wear. The weight wear of such samples is an order of magnitude less than for coatings with smaller and larger particles. Compared to galvanic nickel, such coatings have a reduction of wear of 12, 9 and 5 times at loads of 20, 40, 60 N, respectively. Analysis of the test results showed that the coefficient of friction is significantly affected by the friction load and the particle size of the filler SiC and there is a clear pattern that with increasing load such as the coefficient of friction decreases. Regarding the influence of the particle size of KEP filler on the coefficient of friction f, it can be noted that the coefficient of friction decreases with increasing particle size and for the range of particle sizes of filler 40… 60 μm the coefficient of friction is minimal. For coatings with large filler particles (fraction 100/80) the coefficient of friction is higher. The highest wear resistance of coatings with inclusions of size 28… 50 μm may be due to the distribution of the load they receive. The load on the solid inclusions is equal to the actual contact pressure when their size is smaller or commensurate with the size of a single contact spot (2-10 μm). For compositions with optimal particle sizes (28 μm) there are no processes of setting, abrasive and brittle fracture and there is a normal mechanicaloxidative wear process. Thus, tribological studies show the prospects and effectiveness of CEP to increase the wear resistance of the working bodies of tillage machines.