Investigation of tribotechnical properties of metal matrix composites with a nickel matrix and super-hard ceramic inclusions | Исследование триботехнических свойств металломатричных композитов с никелевой матрицей и сверхтвердыми керамическими включениями

English. The use of thin functional ceramic coatings is limited due to technological reasons and the lack of complete information about their tribological properties. The Udmurt State Agricultural University has carried out an experiment for testing and operating thin ceramic coatings based on boron carbide. The specific features of the adhesive interaction between ceramic materials and traditional antifriction alloys do not allow using them in most mechanical engineering units. The work considers the features of the tribological behavior of nickel-based metal-matrix composites additionally reinforced with zirconium dioxide ZrO2. The technology of high-energy short-pulse laser melting of fine powder compositions was used to obtain laboratory samples. To evaluate the tribological properties, metal-matrix composites with different contents of zirconium dioxide ZrO2 were obtained. The wear tests were carried out under the standard procedure according to the "Disk-Pad" loading scheme under boundary friction conditions. Friction coefficient and temperature in the friction zone were studied as control tribological parameters. The conducted studies have shown the dependence of the friction coefficient and temperature on the content of zirconium dioxide. The introduction of zirconium dioxide stabilizes the wear rate and reduces the friction coefficient to 0.03, while increasing the scoring resistance and heat resistance of the coating, which has a positive effect on the coupling resource. The decrease in the friction coefficient and temperature in the friction zone is caused by the formation of a tribolayer based on a mechanical mixture of oxide compounds with non-oxidized coating components, caused by the wear-free transfer of a substance. An increase in temperature in the friction zone stabilizes the tribolayer since the intensity of oxidation of the coating components increases.

Russian. Применение тонких функциональных керамических покрытий ограничено по технологическим причинам и характеризуется отсутствием полной информации об их трибологических свойствах. В Удмуртском ГАУ был проведен опыт по испытанию и эксплуатации тонких керамических покрытий на основе карбида бора. Особенности адгезионного взаимодействия между керамическими материалами и традиционными антифрикционными сплавами не позволяют использовать их в большинстве узлов машиностроения. В работе рассмотрены особенности трибологического поведения металломатричных композитов на никелевой основе, дополнительно упрочненных диоксидом циркония ZrO2. Для получения лабораторных образцов использована технология высокоэнергетического короткоимпульсного лазерного оплавления мелкодисперсных порошковых композиций. Для оценки трибологических свойств получены металломатричные композиты с различным содержанием диоксида циркония ZrO2. Износные испытания выполнены по стандартной методике по схеме нагружения "диск – колодка" в условиях граничного трения. В качестве контрольных трибологических параметров исследованы коэффициент трения и температура в зоне трения. Проведенные исследования показали зависимость коэффициента трения и температуры от содержания диоксида циркония. Введение диоксида циркония стабилизирует интенсивность изнашивания и снижает коэффициент трения до 0,03, при этом повышается задиростойкость, термостойкость покрытия, что положительно сказывается на ресурсе сопряжения. Снижение коэффициента трения и температуры в зоне трения обосновывается формированием трибослоя на основе механической смеси оксидных соединений с неокисленными компонентами покрытия, вызванных избирательным переносом вещества. Повышение температуры в зоне трения стабилизирует трибослой, поскольку интенсивность окисления компонентов покрытия увеличивается.