ВЫБОР РЕЖИМОВ НАНЕСЕНИЯ ИОННО-ПЛАЗМЕННЫХ ПОКРЫТИЙ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ВКЛАДЫШЕЙ ПОДШИПНИКОВ ДВС

Одним из важнейших направлений увеличения ресурса работы двигателей внутреннего сгорания (ДВС) является повышение износостойкости основных деталей узлов трения, в частности, вкладышей подшипников скольжения. Применение ионно-плазменных покрытий позволяет повысить износостойкость и коррозионную стойкость ряда ответственных деталей [1, 3].

В работе [2] нами были представлены результаты исследования сравнительной износостойкости мягких покрытий для вкладышей подшипников на основе трехкомпонентного покрытия на основе свинца (10 % олова, 2-3 % меди, остальное - свинец) в сравнении с гальваническим покрытием аналогичного состава. Исследования показали, что без какой-либо отработки режимов напыления, ионно-плазменное покрытие имеет более высокие триботехнические свойства, чем аналогичное по химическому составу гальваническое покрытие.

Целью настоящей работы являлось исследование триботехнических свойств мягких ионно-плазменных покрытий в зависимости от режимов их нанесения (времени конденсации, толщины, расстояния от катода и фокусировки).

Триботехнические испытания производились на машине трения СМЦ-2 по схеме «колодка – ролик» (рисунок 1). Первоначальный контакт образца-колодки с роликом диаметром 40 мм осуществлялся по линии, затем по мере увеличения нагрузки на колодке вытиралась лунка, размеры которой после окончания испытаний измерялись с помощью инструментального микроскопа. Нагрузка увеличилась ступенями по 62Н (10 делений шкалы нагрузочного устройства) до заедания, критериями которого служило возрастание момента трения до 1,5 H м с автоматической остановкой машины. Момент трения измерялся индуктивным датчиком и записывался потенциометром КСП-2.

Рисунок 1. Схема испытаний: 1 – колодка, 2 – ролик

С целью выбора времени конденсации, от которого зависит толщина покрытия, были испытаны 3 серии по 5 пар образцов, различающихся только временем конденсации. Результаты этих испытаний на машине трения при смазывании маслом М14В2 по роликам из стали 45, закаленным ТВЧ на твердость HV 575, представлены на рисунке 2. При этом толщина получаемого покрытия в зависимости от времени конденсации составляла: при времени конденсации 4 мин. – 22 мкм; 8 мин. – 38 мкм; 12 мин. – 61 мкм. Остальные режимы напыления были следующие: ток фокусировки I_f=0, расстояние от поверхности напыления до катода - 110 мм, продолжительность импульса 1,5 с., паузы 3с. Испытания показали, что при увеличении времени конденсации и толщины покрытия его триботехнические свойства значительно снижаются. При увеличении времени конденсации с 4 до 8 мин. задиростойкость снижается на 16 %, а износостойкость - почти в 2 раза. Соответственно, при увеличении времени конденсации до 12 мин. задиростойкость снижается на 31 %, а износостойкость - в 4 раза. Среди испытанных вариантов покрытий наилучшим оказалось покрытие толщиной 22 мкм, полученное при минимальном времени конденсации (4 мин.).

Рисунок 2. Выбор времени конденсации покрытия

С целью выбора расстояния от торца катода до напыляемой поверхности, также были испытаны 3 серии по 5 пар образцов. Оценивалось влияние на свойства покрытия расстояния, равного 110,180 и 250 мм. Условия испытаний были такие же, как в предыдущих сериях при выборе времени конденсации. При этом толщина получаемого покрытия в зависимости от расстояния напыления составляла: при расстоянии 110 мм – 38 мкм; 180 мм – 33 мкм; 250 мм – 27 мкм. Испытания показали, что при увеличении расстояния от торца катода до напыляемой поверхности триботехнические свойства покрытия улучшаются. Так, при увеличении расстояния с 110 до 250 мм задиростойкость возрастает в 1,5 раза, а износостойкость сопряжения - в 3,8 раза (рисунок 3).

Рисунок 3. Выбор расстояния напыления

С целью определения влияния фокусировки на свойства покрытий было испытано 7 серий образцов, из них 3 серии (15 образцов) без фокусировки и 4 серии (20 образцов) с фокусировкой. Усредненные результаты испытаний представлены на рисунке 4. При этом толщина покрытия с фокусировкой составляла 43 мкм, без фокусировки – 24 мкм.

Рисунок 4. Влияние фокусировки

Как показали результаты испытаний, фокусировка не улучшает свойства покрытий. Без фокусировки задиростойкость покрытия была на 15%, а износостойкость сопряжения - почти в 3 раза выше. Это может объясняться тем, что при введении фокусировки с током около 1 А толщина покрытия увеличивается примерно вдвое.

Проведенные испытания показали, что свойства покрытий повышаются с уменьшением их толщины. Наиболее высокие показатели износостойкости и задиростойкости были получены при напылении со временем конденсации 4 мин. при расстоянии от катода 250 мм без фокусировки.

Таким образом, в результате выполненных исследований получены результаты, позволяющие разработать рекомендации по выбору режимов ионно-плазменного напыления для повышения износостойкости вкладышей подшипников скольжения ДВС.

Список литературы:

1. Ильичев Л.Л. Повышение износостойкости и коррозионной стойкости изделий из конструкционных и инструментальных сталей путем нанесения ионно-плазменных покрытий // Л.Л. Ильичев, В.И. Рудаков, Г.В. Клевцов, Н.А. Клевцова // Современные проблемы науки и образования. 2006. № 6. С. 45-46
2. Максимов Д.Д., Шунькин И.С. Применение ионно-плазменных покрытий для повышения износостойкости ответственных деталей двигателей внутреннего сгорания // Научное сообщество студентов XXI столетия. Технические науки: сб. ст. по мат. XLVIII Междунар. студ. науч.- практ. конф. № 11(47). URL: https://sibac.info/archive/technic/11(47).pdf
3. Мухин В.С. Технология нанесения вакуумных ионно-плазменных наноструктурированных покрытий Ti-TiN // В.С. Мухин, Р.М. Киреев, С.Р. Шехтман // Уфа. Вестник УГАТУ, 2011, т. 15, №4 (44). С. 212-214.