Tytuł artykułu
Autorzy
Identyfikatory
Warianty tytułu
Forming tribological properties of surface layers on aluminium materials
Języki publikacji
Abstrakty
W pracy przedstawiono wpływ zbrojenia odlewniczych stopów glinu na właściwości tribologicznie materiałów kompozytowych (AlMC) przeznaczonych na skojarzenia ślizgowe. Dokonano klasyfikacji materiałów kompozytowych na zbrojone i modyfikowane przyjmując za kryterium klasyfikacji stosunek wytrzymałości na ścinanie materiału fazy zbrojącej do osnowy. Wyznaczono podstawowe charakterystyki tribologiczne dwunastu skojarzeń ślizgowych żeliwa z kompozytami i materiałem osnowy (AK12) oraz kompozytami pokrytymi powłoką kompozytową (APT+Me). Określono wpływ średniej średnicy cząstek FZ na zużycie żeliwa i współczynnik tarcia skojarzenia. Stwierdzono znaczny spadek zużycia żeliwa wraz ze zmniejszeniem średnicy cząstek. Stwierdzono, że przyczyną zbyt dużego zużycia żeliwa jest lokalny rozkład naprężeń i odkształceń wokół tych cząstek, a przyczyną zbyt dużego współczynnika tarcia jest brak w strefie tarcia materiału o niewielkiej wytrzymałości na ścinanie. Wykorzystując hipotezę tarcia zaproponowaną przez Bowdena i rozwiniętą przez Ernsta i Merchanta, a wynikającą z hipotezy największego naprężenia stycznego Coulomba - opracowano powłokę kompozytową APT+Me zawierającą przynajmniej dwa składniki, tj. jeden o dużej twardości (anodowa powłoka tlenkowa) i drugi o małej wytrzymałości na ścinanie (nikiel). Powłoka ta zmniejszyła znacznie współczynnik tarcia i zużycie żeliwa współpracującego ślizgowo z kompozytami. Na podstawie wykonanych badań teoretycznych stwierdzono, że najmniejsze wartości współczynnika tarcia można uzyskać wytwarzając powłoki trójskładnikowe, tj. zawierające wytworzoną elektrolitycznie anodową powlokę twardą i wprowadzony w odpowiedni sposób nikiel oraz naniesioną eksploatacyjnie miedź. Powłoka ta spełnia bardzo dobrze rolę warstwy wierzchniej przeznaczonych na skojarzenia ślizgowe żeliwa ze stopami glinu i wytworzonych na ich bazie materiałów kompozytowych. Na podstawie przeprowadzonych badań wykazano, że ilość składnika o niskim tau nie może być zbyt duża. Najlepsze efekty tribologiczne uzyskuje się, gdy składnik ten jest naniesiony w postaci cieniutkiej, nieciągłej warstewki rozdzielającej współpracujące materiały. W badanym przypadku twardość zapewniają APT i nikiel, a małą wytrzymałość na ścinanie nanoszona tarciowo z roztworów koloidalnych miedź. Elastyczny nikiel zabezpiecza bardzo twardą, ale kruchą, sorbującą olej anodową powłokę twardą przed pękaniem i wykruszaniem, a partnera przed nadmiernym zużywaniem. Roztwory koloidalne miedzi dodawane do oleju zapewniają jej stałą obecność na wierzchołkach rzeczywistej powierzchni styku, obniżając opory tarcia i zużycie. Ciepło generowane tarciem powoduje wzrost temperatury zamkniętych pomiędzy żeliwem i wydzieleniami niklu cząstek Cu, co obniża w istotny sposób ich wytrzymałość na ścinanie i przyspiesza utlenianie, a tym samym redukuje opory tarcia. Dodatkowo źle przewodząca ciepło warstewka tlenku glinu przyczynia się do wzrostu temperatury tych cząstek miedzi. Zbyt duże ilości miedzi zwiększają współczynnik tarcia, ponieważ wypadkowa twardość rzeczywistej powierzchni styku jest superpozycją twardości składników RPS. Wzrost zawartości Cu obniża twardość, przy mniejszym spadku wytrzymałości na ścinanie ze względu na podgrzewanie większych objętości przy tej samej ilości ciepła generowanego tarciem. Określono wpływ parametrów technologicznych na wybrane właściwości, tj. nasiąkliwość i chropowatość powłok APT+Ni i APT+Cu. Zależności te opisano matematycznie równaniami zwanymi funkcjami konstytuowania. Wpływ parametrów wytwarzania na zużycie i współczynnik tarcia opisano funkcjami eksploatacji. Na postawie przeprowadzonych badań zbudowano model współpracy skojarzenia ślizgowego żeliwo/PK, opracowano proste zależności pozwalające określić zużycie PK poprzez pomiar średniej średnicy powierzchni zużycia wydzieleń. Model zweryfikowano za pomocą programu do analizy obrazu Visilog i przez wyznaczenie lokalnych naprężeń i odkształceń w strefie tarcia za pomocą metody elementów skończonych.
Influence of the reinforcing of cast aluminium alloys on tribological properties of composite materials (AlMC) destined for sliding pairings are presented in the paper. The composite materials were classified as either reinforced or modified and the ration of the shear strengths of the reinforcing and matrix phases was taken as the classification criterion. Basic tribological characteristics were determined for twelve pairings of the cast iron against composite materials and the matrix material. The influence of the mean particle diameter of reinforcing phase (RP) on the cast iron wear and the joint friction coefficients were also determined. It was found out that the cast iron wear significantly decreased with the decrease in the particle diameters. Local distribution of stresses and strains around the particles was the reason for too high wear of the cast iron. Lack in the friction zone of a material with low shear strength led to too high friction coefficient. In order to improve this situation a AHC+Me composite coating was elaborated basing on the friction hypothesis proposed by Bowden and developed by Ernst and Merchant that uses hypothesis of the largest Coulomb shear stress. The coating contained at least two components i.e. one of a high hardness (anodic hard coating) and second of low shear strength (nickel). Basing on the theoretical studies is was found out that the smallest values of the friction coefficient can be obtained by producing three-component coatings i.e. containing a hard anodic coating obtained by electrolytical deposition, introduced in a proper way nickel and deposited copper. This coating serves very well as a surface layer intended for gliding joints of aluminium alloys and composite materials based on these alloys. The studies showed that the amount of the component with low tau couldn't be too high. The best tribological effects are obtained when this component is deposited in a form of a very thin, non-continuous layer between the co-operating materials. In the studied case APT and nickel provide high hardness and copper, deposited from colloidal solutions in a friction way, gives low shear stress. Elastic nickel secures from cracking and crumbling the very hard but fragile and absorbing oil hard anodic coating. It also secures the partner from too high wearing. The colloidal copper solutions added to the oil ensure the copper presence at the peaks of the real contact surface decreasing friction resistance and wear. Heat produced by friction causes increase of temperature of the micro-volumes of copper closed between the cast iron and nickel precipitates. This significantly reduces their shear strength and increases oxidation and thus reduces friction resistance. Additionally, the layer of aluminium oxide, badly transforming heat, also contributes in copper temperature increasing. Too high amounts of copper lead to the increase of the friction coefficient because final hardness of the real contact surface is a superposition of the RPS components' hardness. Larger amounts of copper decrease the hardness at lower decrease of shear strength due to necessity of heating of larger volumes with the same amount of heat produced by friction. Influence of the technological parameters on chosen properties i.e. absorbability and roughness of the AHC+Ni and AHC+Cu coatings was determined. These relationships were mathematically described using equations called constituting functions. Influence of the production parameters on wear and friction coefficient was described by exploitation functions. Basing on the carried out studies a model of co-operation of CI/CL pairing was built and simple relationships allowing determination of wear of the CL by measuring the mean diameter of worn precipitates were elaborated. The model was verified using software for image analysis Visilog and by determination of local stresses and strains in the zone of friction using the final element method.
Rocznik
Tom
Strony
7--146
Opis fizyczny
Bibliogr. 131 poz.
Twórcy
autor
- Katedra Eksploatacji Pojazdów Politechniki Śląskiej, 40-019 Katowice, ul. Krasińskiego 8
Bibliografia
Typ dokumentu
Bibliografia
Identyfikator YADDA
bwmeta1.element.baztech-article-BSL8-0004-0006
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.