STRUCTURAL AND PHASE TRANSFORMATIONS, MASS TRANSFER, AND TRIBOTECHNICAL CHARACTERISTICS OF GAS-DYNAMIC COPPER-ZINC COATINGS OCCURRING UNDER SLIDING FRICTION

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The effect of the coating temperature and the displacement of the spray nozzle on the structural and phase transformations in the coating on 40X steel obtained by cold gas-dynamic spraying of a powder mixture of Cu:Zn: Al2O3=35:35:30 (wt%) has been studied. The phase composition of the coating was identified using the method of local X-ray spectral analysis. It was shown that under gas-dynamic spraying there can be five phases garadually occurring in the coating, being formed as a result of solid state transformations under conditions of high-speed impact contact interaction: α - Cu-Zn solid solution; βʹ - CuZn-based solid solution; γ - Cu5Zn8-based solid solution; ε -CuZn3-based solid solution.; η is a solid solution of Zn-Cu. Under sputtering temperatures of 2700and 3600 C, the alpha - Cu-Zn solid solution phase becomes predominant. Tribotechnical tests of a pair of reversible sliding friction steel 40X (coated) – steel SHX15 in an I-20A oil medium have shown that the coupling has high performance at contact pressures of at least 50 MPa. Deformation, diffusion and frictional mass transfer in the zone of contact interaction lead to the realization of the "classical wearlessness" effect, the distinctive feature of which is the formation of a copper-zinc third body with corundum inclusions and capable of direct and reverse coating transfer, providing protection of the surface layers of the friction pair from destruction High wear resistance of the friction pair contacting materials is achieved due to the frictional mass transfer films.

About the authors

Lidiya Ivanovna Kuksenova

Science Institute of Mechanical Engineering named after A.A. Blagonravov of the Russian Academy of Sciences (IMASH RAS); National Research Center «Kurchatov Institute» (SIC «Kurchatov Institute» – VIAM), SSC RF

Email: lkukc@mail.ru

Vladimir Evgen'evich Arkhipov

Institute of Machines Science named after A.A.Blagonravov of the Russian Academy of Sciences

ORCID iD: 0009-0001-8106-1408

Maxim Sergeevich Pugachev

Institute of Machines Science named after A.A.Blagonravov of the Russian Academy of Sciences

ORCID iD: 0000-0002-9159-8831

Dmitry Aleksandrovich Kozlov

Institute of Machines Science named after A.A.Blagonravov of the Russian Academy of Sciences

References

  1. Конструкционные материалы. Справочник / под общ. ред. Б.Н. Арзамасова. М.: Машиностроение, 1990. 688 с.
  2. Елагина О.Ю. Методы создания износостойких покрытий. М.: НЕДРА, 2010. 570 с.
  3. Kuksenova L.I., Savenko V.I. Physicochemical Tribomechanics of Antifriction Materials Operating in Heavy-Loaded Friction Pairs in Active Lubricating Media // Friction and Wear. 2023. V. 44. № 6. P. 333–345.
  4. Погосян А.К., Оганесян К.В. Явление фрикционного переноса: основные закономерности и методы исследования // Трение и износ. 1986. Т.7. №6. С. 998–1008.
  5. Буше Н.А., Алексеев Н.М., Трушин В.В., Маркова Т.Ф. Механические процессы формирования вторичных структур подшипниковых сплавов // Трение и износ. 1981. Т.11. №2. С. 212–220.
  6. Погосян А.К., Оганесян К.В., Исаджанян А.Р. Фрикционный перенос и самосмазывание полимеров // Трение и износ. 2010. Т.31. №1. С. 109–119.
  7. Сачек Б.Я., Архипов В.Е., Мезрин А.М., Муравьева Т.И., Щербакова О.О. Металлофизическое исследование кинетики фрикционного массопереноса напыленных мягких металлов антифрикционного назначения / В кн. Перспективные методы поверхностной обработки деталей машин; отв. ред. Г.В. Москвитин. М.: ЛЕНАНД, 2019. С. 409–419.
  8. Архипов В.Е., Лондарский А.Ф., Москвитин Г.В., Пугачев М.С. Газодинамическое напыление: структура и свойства покрытий. М.: КРАСАНД, 2017. 240 с.
  9. Соловьев М.Е., Раухваргер А.Б., Балдаев С.Л., Балдаев Л.Х. Кинетическая модель разрушения адгезионного соединения порошкового покрытия и металлического субстрата // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2023. №1 (139). С. 9–19.
  10. Архипов В.Е., Муравьёва Т.И., Пугачев М.С., Шкалей И.В. Влияние технологических параметров газодинамического напыления на структурно - фазовые превращения в покрытии типа «латуни» //Упрочняющие технологии и покрытия. 2020. №12. С. 554–560.
  11. Ефремов Б.Н. Латуни. От фазового строения к структуре и свойствам. М: ИНФРА-М, 2020. 314 с.
  12. Смитлз К.Дж. Металлы. Справочник. М: Металлургия, 1980. 447 с.
  13. Биргер Е.М., Архипов В.Е., Поляков А.Н. Газодинамическое напыление. Физические основы и параметры процесса //Упрочняющие технологии и покрытия. 2019. № 6. С. 262–270.
  14. Куксенова Л.И., Поляков С.А. Методологические основы выбора состава латуней для узлов трения скольжения в среде поверхностно-активных смазочных материалов// ВНТР. 2022. № 164. С. 10–22.
  15. Архипов В.Е., Муравьёва Т.И., Москвитин Г.В., Пугачев М.С., Щербакова О.О. Влияние термической обработки на фазовый состав медно-цинкового покрытия на сталях // МиТОМ. 2023. №7. С. 3–7.
  16. Крагельский И.В., Добычин М.Н., Комбалов В.С. Основы расчетов на трение и износ. М.: Машиностроение, 1977. 526 с.
  17. Бернштейн М.Л., Займовский В.А. Структура и механические свойства металлов. М.: Металлургия, 1970. 472 с.
  18. Куксенова Л.И., Савенко В.И. Системно-структурный анализ трибологического поведения антифрикционного материала в парах трения, функционирующих в поверхностно-активных смазочных средах // Трение и износ. 2024. Т.45. №5. С. 430–448.
  19. Куксенова Л.И., Савенко В.И. Методологические основы материаловедческой оценки качества смазочных материалов для нагруженных сопряжений машин и механизмов. Сообщение 1. Влияние среды на напряженно-деформированное состояние и структурные изменения в зоне контактной деформации металлов при трении // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2024. №11 (161). С. 3–13.
  20. Куксенова Л.И., Дякин С.И., Титов В.В., Громаковский С.Д., Вячеславова Л.А., Рыбакова Л.М. Влияние структурных изменений и свойств поверхностных слоев материалов на несущую способность и долговечность шарнирно-болтовых соединений // Трение и износ. 1988. Т.9. № 3. С. 422–423.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».