«Підвищення зносостійкості робочих поверхонь колінчастих валів шляхом застосування електродугової металізації»

Культенко, Владислав Олександрович

Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/9006

Title:	«Підвищення зносостійкості робочих поверхонь колінчастих валів шляхом застосування електродугової металізації»
Authors:	Лега, Андрій Юрійович Культенко, Владислав Олександрович
Keywords:	Електродугова металізація
Issue Date:	2024
Abstract:	Тема кваліфікаційної роботи магістра: «Підвищення зносостійкості робочих поверхонь колінчастих валів шляхом застосування електродугової металізації» Виконавець: студент групи мТМ-32 Культенко Владислав Олександрович. Керівник: к.і.н., доцент Лега Андрій Юрійович. Кваліфікаційна робота містить 120 сторінок формату А4, 55 рисунків, 17 таблиць, 65 літературних джерел. Актуальність роботи обумовлена необхідністю відновлення колінчастих валів із зношеними поверхнями, які зазнають значних навантажень і впливають на надійність функціонування компресорів. Підвищення зносостійкості та ресурсу експлуатації деталей дозволяє знизити витрати на обслуговування і ремонт техніки. Перший розділ присвячено огляду літератури та аналізу існуючих методів відновлення деталей компресорів. Розглянуто сучасні технології напилення покриттів, зокрема електродугову металізацію, та методи обробки поверхонь, включаючи іонну імплантацію. Оцінено фізико-механічні властивості матеріалів, які використовуються для покриттів. Другий розділ містить опис експериментальної частини дослідження. Розглянуто процеси підготовки деталей до напилення, вибір складу електродного дроту, технологічні параметри електродугової металізації (напруга дуги, швидкість подачі дроту, швидкість обертання валу тощо). Виконано дослідження впливу технологічних параметрів на структуру, твердість і пористість отриманих покриттів. Третій розділ описує вплив іонної імплантації на трибологічні властивості напиленого покриття. Встановлено закономірності зміни мікроструктури, твердості, адгезії та зносостійкості покриттів залежно від параметрів імплантації (флюенс, склад іонного потоку). Проведено аналіз результатів випробувань зразків на знос у різних умовах тертя — сухого та з граничною мастильною плівкою. Четвертий розділ присвячено питанням охорони праці та безпеки в процесі виконання електродугової металізації та іонної імплантації. Розглянуто можливі ризики, пов’язані з випромінюванням, високою температурою, а також заходи з мінімізації цих ризиків, включаючи вентиляцію, використання захисних екранів та організацію робочих зон.
URI:	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/9006
Appears in Collections:	131 Прикладна механіка (Технології машинобудування)

Files in This Item:

File	Description	Size	Format
Культенко.pdf Restricted Access		3.39 MB	Adobe PDF	View/Open Request a copy

Show full item record

Extracted text

Міністерство освіти і науки України
Черкаський державний технологічний університет
Факультет електронних технологій, автотранспорту та машинобудування
Кафедра технології та обладнання машинобудівних виробництв

До захисту допущено:
Завідувач кафедри ТОМВ
____________Георгій КАНАШЕВИЧ
«_____»_____________2024р.

Пояснювальна записка
до кваліфікаційної роботи магістра

на тему: «Підвищення зносостійкості робочих поверхонь колінчастих валів
шляхом застосування електродугової металізації»

Виконав: здобувач 2 курсу, групи мТМ-32
Спеціальності 131 – «Прикладна механіка»
Освітня програма – «Технології машинобудування»
Культенко Владислав Олександрович
Керівник: к.і.н., доцент Лега Андрій Юрійович
Рецензент: Інженер-технолог ПП «Фотоніка плюс»
м.Черкаси
Голуб Микола Васильович

Черкаси 2024 р.
Черкаський державний технологічний університет
Факультет електронних технологій, автотранспорту та машинобудування
Кафедра технології та обладнання машинобудівних виробництв
Освітній рівень магістерський.
Спеціальність 131 «Прикладна механіка».
Освітня програма «Технології машинобудування»

ЗАТВЕРДЖУЮ:
Завідувач кафедри ТОМВ
Георгій КАНАШЕВИЧ
« » ____________2024р.

ЗАВДАННЯ
на кваліфікаційну роботу магістра

_Культенку Владиславу Олександровичу_
(прізвище, ім’я, по батькові)
1. Тема роботи «Підвищення зносостійкості робочих поверхонь колінчастих
валів шляхом застосування електродугової металізації».
Керівник роботи Лега Андрій Юрійович, к.і.н., доцент
(прізвище, ім’я, по батькові, науковий ступінь, вчене звання)
Затверджена наказом Черкаського державного технологічного університету від
«16» вересня 2024р. №272/04
2. Термін подання здобувачем роботи 26. 11. 2024 р.
3. Вихідні дані до роботи: Устаткування для електродугової металізації;
Фізико-механічні характеристики металізованих покриттів; Завдання до
розділу охорона праці та безпека в НС
4. Зміст пояснювальної записки: Стан питання; Аналіз характеру зношування
колінчастих валів компресора установки кондиціювання типу МАБ2;
Обладнання. Дослідження впливу технології електродугової металізації на
структуру та властивості напиленого шару та підкладки; Дослідження впливу
іонної імплантації; Результати випробувань коленчатих валів компресора
фреону; Охорона праці та безпека в НС
5. Перелік графічного матеріал(з точним зазначенням обов’язкових
креслеників, плакатів, презентацій тощо Тема, мета, задачі, об’єкт
дослідження, предмет дослідження; Принцип роботи компресора.
Колінчастий вал компресора та зовнішній вигляд зношеної шийки; Способи
відновлення зношених деталей. Схема процесу електродугового напилення;
Установка для електродугової металізації.; Мікроструктура металізаційного
покриття. Схема випробувань на тертя; Залежність приведеного зносу зразків
сталі 45 від швидкості ковзання; Графіки та залежності; Охорона праці та
безпека в НС; Загальні висновки
6. Керівники з роботи із зазначенням розділів роботи, що їх стосується
Прізвище, ініціали та посада Підпис, дата
Розділ
консультанта завдання видав завдання прийняв
Розділ 1-3 Лега Андрій Юрійович
Розділ 4 Цікановський Володимир Леонідович

7. Дата видачі завдання 16.09.2024 р.
Календарний план
№ Назва етапів дипломного Строк
Примітка
з/п роботи виконання етапів роботи
1 Збір інформації для написання КРМ 16.04. - 01.10.2024
2 Написання І розділу КРМ 02.10.-15.10.2024
3 Написання ІІ розділу КРМ 16.10 – 24.10.2024
4 Написання ІІІ розділу КРМ 25.10 – 2.11.2024
5 Написання розділу з охорони праці 3.11 – 9.11.2024
6 Оформлення пояснювальної записки 10.11 – 25.11.2024
7 Оформлення графічної документації 26.11 – 04.12.2024
8 Захист роботи 17.12.-19.12.2024р.

Здобувач ___________ Владислав КУЛЬТЕНКО
Підпис Власне ім’я, ПРІЗВИЩЕ

Керівник ___________ ___Андрій ЛЕГА__
Підпис Власне ім’я, ПРІЗВИЩЕ

4
АНОТАЦІЯ
Тема кваліфікаційної роботи магістра: «Підвищення зносостійкості робочих
поверхонь колінчастих валів шляхом застосування електродугової металізації»
Виконавець: студент групи мТМ-32 Культенко Владислав Олександрович.
Керівник: к.і.н., доцент Лега Андрій Юрійович.
Кваліфікаційна робота містить 120 сторінок формату А4, 55 рисунків, 17
таблиць, 65 літературних джерел.
Актуальність роботи обумовлена необхідністю відновлення колінчастих
валів із зношеними поверхнями, які зазнають значних навантажень і впливають на
надійність функціонування компресорів. Підвищення зносостійкості та ресурсу
експлуатації деталей дозволяє знизити витрати на обслуговування і ремонт техніки.
Перший розділ присвячено огляду літератури та аналізу існуючих методів
відновлення деталей компресорів. Розглянуто сучасні технології напилення
покриттів, зокрема електродугову металізацію, та методи обробки поверхонь,
включаючи іонну імплантацію. Оцінено фізико-механічні властивості матеріалів,
які використовуються для покриттів.
Другий розділ містить опис експериментальної частини дослідження.
Розглянуто процеси підготовки деталей до напилення, вибір складу електродного
дроту, технологічні параметри електродугової металізації (напруга дуги, швидкість
подачі дроту, швидкість обертання валу тощо). Виконано дослідження впливу
технологічних параметрів на структуру, твердість і пористість отриманих
покриттів.
Третій розділ описує вплив іонної імплантації на трибологічні властивості
напиленого покриття. Встановлено закономірності зміни мікроструктури,
твердості, адгезії та зносостійкості покриттів залежно від параметрів імплантації
(флюенс, склад іонного потоку). Проведено аналіз результатів випробувань зразків
на знос у різних умовах тертя — сухого та з граничною мастильною плівкою.
Четвертий розділ присвячено питанням охорони праці та безпеки в процесі
виконання електродугової металізації та іонної імплантації. Розглянуто можливі
ризики, пов’язані з випромінюванням, високою температурою, а також заходи з
мінімізації цих ризиків, включаючи вентиляцію, використання захисних екранів та
організацію робочих зон.

5
ABSTRACT
Topic of the Master's Qualification Thesis: “Improving the wear resistance of
working surfaces of crankshafts by applying electric arc metallization.”
Author: Student of group mTM-32, Vladyslav Kultenko.
Supervisor: Ph.D., Associate Professor Andrii Lega.
The master's qualification thesis contains 120 A4 pages, 55 figures, 17 tables, and
65 references.
Relevance of the study is determined by the necessity to restore crankshafts with
worn surfaces that experience significant loads and affect the reliability of compressor
performance. Enhancing the wear resistance and service life of components reduces
maintenance and repair costs.
The first chapter provides a literature review and analysis of existing methods for
restoring compressor components. Modern coating technologies, particularly electric arc
metallization, and surface treatment methods, including ion implantation, are examined.
The physical and mechanical properties of materials used for coatings are evaluated.
The second chapter describes the experimental part of the research. Processes for
preparing components for coating, selecting the composition of electrode wires, and
technological parameters of electric arc metallization (arc voltage, wire feed rate, shaft
rotation speed, etc.) are considered. The influence of technological parameters on the
structure, hardness, and porosity of the obtained coatings is studied.
The third chapter focuses on the effect of ion implantation on the tribological
properties of the applied coating. Regularities in the changes in microstructure, hardness,
adhesion, and wear resistance of coatings depending on the implantation parameters
(fluence, ion stream composition) are established. An analysis of the wear test results for
samples under different friction conditions—dry and boundary lubrication—is presented.
The fourth chapter addresses occupational safety and health issues during the
processes of electric arc metallization and ion implantation. Potential risks related to
radiation and high temperatures are discussed, as well as measures to mitigate these risks,
including ventilation, protective screens, and workspace organization.

6
Зміст
Вступ ................................................................................................................................. 8
Розділ 1. Стан питання .............................................................................................. 10
1.1 Аналіз характеру зношування колінчастих валів компресора установки
кондиціювання типу МАБ2 .......................................................................................... 10
1.2 Наплавлення як метод відновлення деталей .................................................. 14
1.3 Газотермічне напилення при ремонті деталей .............................................. 22
1.4 Електродугова металізація ............................................................................... 27
Мета і задачі дослідження ........................................................................................ 34
Розділ 2. Обладнання. Дослідження впливу технології електродугової металізації
на структуру та властивості напиленого шару та підкладки .................................... 35
2.1 Обладнання для електродугової металізації. ................................................. 35
2.2 Визначення міцності зчеплення покриття за штифтовим методом ............ 37
2.3 Випробування покриття на твердість ............................................................. 39
2.4 Зносостійкість ................................................................................................... 41
2.5 Обладнання для іонної імплантації ................................................................ 42
2.6 Просвічувальна електронна мікроскопія ....................................................... 45
2.7 Випробування на знос імплантованих зразків ............................................... 47
2.8 Металографічні дослідження структури шару покриття після
електродугової металізації ........................................................................................... 48
2.9 Просвічувальна електронна мікроскопія ....................................................... 53
2.10 Вплив хімічного складу електродного дроту на структуру та властивості
напиленого покриття ..................................................................................................... 55
2.11 Вплив марки електродного дроту на зносостійкість напиленого покриття
61
Висновки до розділу 2 .............................................................................................. 63
Розділ 3. Дослідження впливу іонної імплантації ................................................. 65

7
3.1 Результати дослідження глибини проникнення іонів при імплантації сталі 45
та напиленого покриття ................................................................................................ 65
3.2 Мікроструктура іонно-легованого шару покриття, нанесеного на сталь 45
після іонної імплантації титаном ................................................................................. 71
3.3 Вплив іонної імплантації на трибологічні характеристики сталі 45 та
газотермічного покриття .............................................................................................. 76
3.4 Відновлення валу приводу компресора кліматичної установки пасажирського
вагона .............................................................................................................................. 83
3.5 Зносостійкість колінчастих валів після відновлення електродугової
металізації ...................................................................................................................... 88
3.5 Результати випробувань коленчатих валів компресора фреону .................... 92
Висновок до розділу 3............................................................................................... 95
Розділ 4. Охорона праці та безпека в надзвичайних ситуаціях ............................ 97
Вступ ........................................................................................................................... 97
4.2. Матеріали ....................................................................................................... 98
4.3. Устаткування .................................................................................................. 98
4.4 Технологія нанесення покриттів методом електродугової металізації ...... 98
4.5 Електродугова металізація ............................................................................. 101
4.6. Вимоги безпеки ............................................................................................ 103
4.7. Контроль виконання вимог безпеки .......................................................... 104
4.8. Надзвичайні ситуації, що можуть вплинути на працівників цеху для
напилення ..................................................................................................................... 105
Загальні висновки .................................................................................................... 112
Список використаної літератури ............................................................................... 114

8
Вступ
Зростання чисельності рухомого складу залізничного транспорту
викликає необхідність збільшення обсягів постачання запасних частин, що, у
свою чергу, потребує додаткових матеріальних і трудових ресурсів для їх
виготовлення.
Важливим резервом підвищення ефективності використання рухомого
складу залізничного транспорту є відновлення зношених деталей, що дозволяє
повторно, іноді навіть багаторазово, використовувати деталі та вузли, ресурс
яких вичерпано.
Однією з найбільш численних груп відновлюваних деталей є вали різних
типів, а точніше — зношені шийки валів. У системі кондиціювання повітря
салону пасажирського вагона такими деталями є колінчасті вали компресора.
Для відновлення зношених шийок колінчастих валів використовується
електродугова металізація. Цей процес характеризується високою
продуктивністю за масою напиленого матеріалу. До недоліків процесу належать
значна неоднорідність напилених частинок за розміром, обмежені можливості
вибору матеріалів для напилення порівняно з іншими газотермічними
способами, а також звужений діапазон регулювання властивостей покриттів за
щільністю та міцністю. Важливим фактором, що визначає якість відновлення
деталей, є міцність зчеплення (адгезія) напиленого шару покриття з підкладкою.
Аналіз літератури, а також останні досягнення у машинобудуванні
свідчать, що найбільш перспективними методами підвищення ресурсу
високонавантажених деталей машин є вакуумні іонно-плазмові технології
високих енергій. Обробка поверхні металів та сплавів іонними пучками суттєво
змінює фізико-механічні, хімічні властивості та структуру поверхневого шару.
Імплантація поверхонь сталей іонами різних газів і металів дозволяє керувати
хімічним та фазовим складом приповерхневих шарів різних виробів, тобто
легувати сталі різними елементами у кількостях, які не завжди досяжні
традиційними методами.
9
У зв’язку з цим актуальним стає дослідження впливу іонної імплантації на
фізико-механічні властивості поверхневого шару сталі 45 після електродугової
металізації.
10
Розділ 1. Стан питання
1.1 Аналіз характеру зношування колінчастих валів компресора
установки кондиціювання типу МАБ2
Основна частина купейних вагонів оснащена установками кондиціювання
повітря типу МАБ2. Системакондиціювання повітря у вагоні складається з
пристроїв вентиляції, опалення, охолодження та автоматичного керування
(Рисунок 1.1). До пристроїв вентиляції належать: центробіжний здвоєний
вентилятор з електродвигуном, нагнітальний повітропровід із вентиляційними
решітками типу «мультивент»,рециркуляційний повітропровід, фільтри,
решітки для забору зовнішнього повітря.

Рисунок 1.1. Принцип роботи компресора МАБ2 типу V у пасажирському
вагоні типу 47-К
Вагонний кондиціонер складається з компресорного агрегата,
конденсаторного агрегата, повітроохолоджувача, щита з приладами, а також
необхідних регулювальних і запобіжних пристроїв (Рисунок 1.2).
Кондиціонер, вбудований у пасажирський вагон, повинен протягом усього
року забезпечувати параметри повітря, що сприяють комфортному
самопочуттю пасажирів. Влітку кондиціонер забезпечує охолодження вагона
відповідно до заданих температур. Взимку температура в ресторанах і
допоміжних приміщеннях регулюється водяним опаленням залежно від
температури припливного повітря.
11

Рисунок 1.2. Загальний вигляд вагонного кондиціонера
В літній період під час роботи в режимі охолодження та у міжсезоння при
перехідному режимі з електричним опаленням кондиціонер працює
автоматично. У режимі опалення його робота частково автоматизована. У разі
виходу з ладу автоматики або для тестування холодильна установка може
працювати з ручним управлінням. Кондиціонер, вбудований у вагон,
автоматично працює в режимі охолодження та в міжсезоння.
Компресорний агрегат (Рисунок 1.3) підвішений на віброгасниках до рами
вагона. До складу компресорного агрегата входять: компресор, електродвигун
постійного струму, пружна кулачкова муфта, коробка з магнітними клапанами,
які виконують функцію органів управління для регулювання продуктивності
компресора. Компресор з'єднаний безпосередньо з електродвигуном постійного
струму за допомогою пружної кулачкової муфти. Усі вузли компресорного
агрегата встановлені на опорній рамі.
Чотирициліндровий компресор МАБ2 типу V з U-подібним розташуванням
циліндрів оснащений пристроєм для підняття клапанів, який використовується
для регулювання продуктивності.
Залежно від обраного режиму або від витрат холоду у вагоні, компресор
може працювати в одно-, дво- або чотирициліндровому режимі. Управління
пристроєм підняття клапанів здійснюється парою холодоагенту з нагнітальної
сторони холодильного агрегату. Чотири циліндри діаметром 80 мм розташовані
U-подібно під кутом 60° у двох рядах.
12

Рисунок 1.3. Компресорний агрегат

Деталі картера виготовлені з алюмінію. Завдяки просоченню відлитих
деталей синтетичною смолою досягається повна герметичність щодо
високолеткого холодоагенту та одночасно забезпечується надійний захист від
корозії.
Приводний механізм поршневого компресора динамічно збалансований,
що забезпечує плавну та стабільну роботу машини.
Поршневий компресор постачається заправленим мастилом і повністю
готовим до експлуатації. У комплект поставки входять безсальникові запірні
клапани, встановлені на штуцерах всмоктувальної та нагнітальної сторін. Для
запобігання проникненню вологи всередину поршневого компресора він
постачається заповненим сухим азотом під надлишковим тиском 0,5–2,0 кгс/см².
Поршневий компресор оснащений пристроєм для регулювання
продуктивності, який впливає на три циліндри. Для забезпечення добрих умов
запуску при низьких температурах навколишнього середовища компресор
обладнаний електричним підігрівом мастила.
Принцип роботи компресора МАБ2 типу V у вагоні:
13
З’єднання з електродвигуном: Компресор з’єднаний з електродвигуном
постійного струму GMKd9 за допомогою напівмуфти двигуна. Компресор і
двигун жорстко закріплені на рамі.
Привід маховика: Електродвигун приводить у рух маховик компресора.
Маховик, у свою чергу, безпосередньо насаджений на вал, таким чином
колінчастий вал приводиться в рух.
Шатунно-поршнева група: На шатунних шийках валу встановлені
шатуни, які з’єднані з поршнями. Усе це разом утворює шатунно-поршневу
групу. Під час обертання валу приводиться в рух вся шатунно-поршнева група,
яка виконує зворотно-поступальні рухи у циліндрах компресора.
Стиснення холодоагенту: Поршні стискають холодоагент (фреон) у
всмоктувальних і нагнітальних клапанах, які розташовані у головках
компресора, до певного тиску. Після цього нагрітий газ під тиском надходить
через нагнітальний кутовий вентиль до конденсаторної установки вагона, де під
час розширення охолоджується.
Охолодження в теплообміннику: Із конденсатора охолоджений газ
надходить у теплообмінник, де охолоджує секції теплообмінника. Повітря,
засмоктане з навколишнього середовища, проходить через секції
теплообмінника, охолоджується до заданої температури і подається у вагон та
купе для пасажирів. Газ, своєю чергою, продовжує рух системою вагона,
повторюючи цей цикл багаторазово.
Технічні характеристики компресора показані в Таблиці 1.
Таблиці 1 Технічні характеристики компресора МАБ2 типу V.

14
Система охолодження складається з компресора з електродвигуном,
конденсатора, який охолоджується вентилятором з електродвигуном, ресивера,
випарника-повітроохолоджувача з вологовідділювачем і терморегулювальних
клапанів.
Базовим елементом компресора є колінчастий вал (Рисунок 1.4, а). Під час
експлуатації шийки колінчастих валів компресорів зношуються.
Під час ремонту компресорів колінчасті вали зі зношеними шийками
(Рисунок 1.4, б) замінюють на нові. Демонтовані колінчасті вали потребують
відновлення.

а б
Рисунок 1.4. Колінчастий вал компресора (а) та зовнішній вигляд зношеної
шийки (б)
Найпоширенішими методами відновлювального ремонту колінчастих валів
є наплавлення та напилення.
1.2 Наплавлення як метод відновлення деталей
Ремонтне виробництво володіє достатньою кількістю способів для
відновлення практично всіх зношених і пошкоджених деталей, за винятком
гумових, пластмасових і дерев'яних. Вибір способу відновлення деталей
значною мірою залежить від форми та ступеня зносу робочих поверхонь.
Різноманіття технологічних методів, що застосовуються при відновленні
деталей, пояснюється різноманітністю дефектів, для усунення яких вони
призначені.
Характерні дефекти деталей: Знос, що спричиняє порушення розмірів,
форми та взаємного розташування робочих поверхонь.
15
Механічні пошкодження у вигляді залишкових деформацій, тріщин, сколів,
подряпин, викришування, пробоїн. Пошкодження антикорозійних покриттів,
нанесених шляхом фарбування, гальванічної або хімічної обробки.
Більшість деталей із такими дефектами підлягають відновленню в процесі
ремонту.
Мета ремонту — відновлення таких характеристик деталі: Міцності. Форми
та розмірів. Якості поверхневого шару. Шорсткості поверхні. Захисних
покриттів. Під впливом високих навантажень, накопичення втоми, деформацій
тощо у деталях або конструктивних вузлах можуть виникати дефекти у вигляді
тріщин. Наявність тріщин знижує статичну та втомну міцність деталей. Втомна
міцність також зменшується за наявності глибоких вм’ятин і подряпин. Тому під
час відновлення деталей необхідно забезпечити повернення їхніх міцнісних
характеристик.
Деталі, що піддаються тертю або нагріванню, під час експлуатації
втрачають розміри, форму та взаємне розташування поверхонь. У цьому
випадку при відновленні необхідно повернути деталям форму та розміри,
визначені технічною документацією.
Деталі, що піддаються ударам абразивних частинок, отримують дефекти у
вигляді вм’ятин, подряпин, локальних заглиблень і зносу. Ці дефекти знижують
якість поверхні через зношування деталей унаслідок тертя.
Більшість деталей автомобілів і дорожніх машин зазнають змін у
поверхневих шарах через корозію, наклеп, внутрішні зміни та структурні
перетворення, що уражають тонкі шари металу. Порушення шорсткості
поверхні та зміни в поверхневих шарах знижують міцнісні характеристики
деталей. Для таких деталей необхідно відновити шорсткість поверхні та якість
поверхневого шару. Це досягається шляхом видалення пошкоджених шарів
металу з дотриманням вимог до форми та розмірів поверхонь.
Деталі, що працюють в агресивному середовищі, під час виготовлення
захищають від корозії спеціальними металевими, полімерними або іншими
покриттями, які в процесі роботи поступово руйнуються, і деталі починають
кородувати. Таким чином, при ремонті необхідно відновити ці покриття.
16
Відновлення геометричної форми та розмірів деталей можливе за умови
виконання таких технологічних операцій: нанесення додаткових шарів
матеріалу замість зношених; пластичне деформування для відновлення розмірів
зношених ділянок деталі; заміна частини деталі або встановлення додаткових
елементів; видалення частини матеріалу після обробки поверхневих шарів. До
операцій із відновлення фізико-механічних властивостей матеріалу деталей
належать усунення дефектів та зміцнення матеріалу певним видом обробки для
послаблення шкідливого впливу мікропошкоджень у найбільш відповідальних
зонах деталей.
Технологічні способи відновлення деталей можна поділити на дві групи:
способи нарощування і способи обробки. До способів нарощування належать
методи, при яких зношений матеріал деталі компенсується нанесенням інших
матеріалів, у тому числі синтетичних. Серед них: зварювання та наплавлення,
напилення, металізація, паяння, нанесення електролітичних металопокриттів і
полімерних матеріалів.
До способів обробки відносяться такі технологічні методи: обробка тиском,
слюсарно-механічна обробка, електричні методи обробки, зміцнювальна
обробка тощо.
У Таблиці 2 наведено приклади різних способів, які застосовуються в
технології відновлення деталей.
Таблиця 2 Способи відновлення зношених деталей
17

Слюсарно-механічна обробка застосовується як самостійний спосіб
ремонту деталей, а також для обробки деталей до ремонтних розмірів і
встановлення додаткових ремонтних елементів. Крім того, цей метод є
необхідним у ряді випадків при використанні інших способів ремонту деталей.
Відновлення деталей пластичною деформацією ґрунтується на
використанні властивостей металів змінювати геометричну форму та розміри
під дією зовнішніх сил без руйнування.
Відновлення деталей зварюванням (наплавленням) полягає в нанесенні
шару металу на зношені поверхні деталей, після чого ці поверхні піддають
механічній обробці. Цей спосіб також застосовують для усунення механічних
пошкоджень деталей, таких як тріщини та пробоїни.
Відновлення деталей газотермічним напиленням здійснюється шляхом
нанесення на підготовлену поверхню деталі розплавленого металу за
допомогою спеціального апарата, що використовує стиснене повітря або
інертний газ. Після напилення деталі обробляються до необхідного розміру.
18
Усунення дефектів паянням — це процес, при якому з'єднання нагрітих
частин металу відбувається за рахунок введення в зазор між ними розплавленого
припою.
Відновлення деталей електролітичним покриттям базується на осадженні
металу на підготовлену відповідним чином поверхню деталі. Для ремонту
зношених деталей застосовують хромування та залізнення (осталювання).
Хромування також використовують як захисно-декоративне покриття деталей.
Міднення та нікелювання застосовують як підшар для захисно-декоративного
хромування, а міднення також використовують для захисту поверхонь деталей
від цементації.
Синтетичні матеріали застосовуються для склеювання, ремонту зношених
деталей, вирівнювання поверхонь кабін, кузовів, деталей оперення та інших
деталей перед фарбуванням, а також при усуненні технічних пошкоджень. За
допомогою клеєвих складів з’єднують деталі або частини деталей з металів та
неметалічних матеріалів у різних комбінаціях. Цей спосіб використовується для
ремонту деталей, що мають поломки або обломи, а також для створення
нероз’ємних з'єднань деталей під час складання.
Місця деталей із тріщинами, пробоїнами, вм’ятинами або нерівностями
попередньо готують, а потім заповнюють клеєвими складами у вигляді паст. У
деяких випадках для збільшення міцності пошкодження закладають
склотканиною, просоченою клеєвим складом. Цей метод успішно застосовують
для закладання тріщин у стінках сорочки охолодження головки та блоку
циліндрів двигуна, паливного бака та інших корпусних і ємнісних деталей.
Пластмасові покриття на поверхні зношених деталей можуть наноситися
різними способами: наплавленням на попередньо нагріту поверхню деталі,
заливанням у прес-форми, зануренням у рідкі полімерні матеріали тощо.
Синтетичними матеріалами можуть бути покриті як окремі поверхні деталей,
так і вся деталь.
Електрична обробка базується на явищі руйнування металу під дією
електричного іскрового розряду. Цей вид обробки може застосовуватися як
самостійний спосіб відновлення зношених і пошкоджених деталей, так і як
19
операція для підготовки або остаточної обробки деталей, відновлених іншими
способами.
Оброблювана деталь може бути виготовлена з будь-якого металу або
сплаву. Матеріалом для інструменту можуть слугувати латунь, мідь, чавун,
алюміній та його сплави тощо.
Зміцнювальна обробка є одним із завершальних етапів відновлення деталей
і має на меті досягнення заданих фізико-механічних властивостей.
Фарбування у процесі ремонту використовується для захисту поверхні
деталей від корозії та надання їм високих естетичних характеристик.
На сьогодні існує низка методів, які дозволяють отримувати покриття при
відновленні деталей, таких як колінчасті вали.
Для відновлення колінчастих валів широко застосовують методи
наплавлення. Наплавлення — це різновид зварювання, який передбачає
нанесення шару металу на поверхню деталі.
Наплавлення доцільно застосовувати для нанесення металевих або метало-
подібних товстих шарів (1,5–2,5 мм) на металеві масивні деталі. Аналіз
літератури показує, що наплавлення легованими сталями, твердими
металокерамічними сплавами та кольоровими металами використовується для
отримання зносостійких, антифрикційних, жаро- та корозійностійких поверхонь
для швидкозношуваних, високо навантажених деталей.
Широке застосування мають такі методи, як дугове наплавлення
(покритими електродами, порошковим дротом, у середовищі захисних газів, під
флюсом тощо), а також газополум'яне, електрошлакове та плазмове
наплавлення.
Суть процесу наплавлення полягає у нанесенні розплавленого металу або
сплаву на частково або повністю розплавлену поверхню основного матеріалу
виробу з метою відновлення геометричних розмірів або надання деталі
необхідного комплексу експлуатаційних властивостей.
Розплавлення наплавного матеріалу здійснюється за допомогою
високотемпературного полум’я (газове наплавлення), електричної дуги, яка
горить між електродом і основою (дугове або вібродугове наплавлення), чи
20
плазмового струменя (плазмове наплавлення). Температура дуги або струменя
може досягати 15 000–25 000 К.
У процесі наплавлення формується спільна зварювальна ванна основного
та наплавного металів, яка після кристалізації утворює шар з необхідними
властивостями. Це виключає проблему адгезії, але ускладнює отримання точно
заданих експлуатаційних характеристик через зміну складу та властивостей
наплавленого шару порівняно з початковим матеріалом покриття.
Сортамент виробів, на які наносять захисні покриття методами
наплавлення, є досить широким. До них належать ножі для гарячого різання
металу, прокатні валки, осі, шпинделі, вали, опорні ролики, котки, кранові
колеса, колеса вагонів, ходові частини гусеничних машин, поворотні цапфи та
хрестовини карданних валів тракторів, маточини варіаторів зернозбиральних
комбайнів, гальмівні шківи, штампи для гарячого та холодного штампування
тощо.
Також велика різноманітність сталей і сплавів різних композицій, що
використовуються при наплавленні шарів, які поділяються на п’ять основних
груп:
Сталі: вуглецеві, високовуглецеві, марганцеві, хромомарганцеві, хромисті,
хромонікелеві.
Сплави на основі заліза: високохромисті чавуни, сплави з бором і хромом,
сплави з кобальтом, молібденом або вольфрамом.
Сплави на основі нікелю та кобальту: хромонікелеві сплави з бором і
кремнієм, нікелеві сплави з молібденом, сплави кобальту з хромом і
вольфрамом.
Сплави на основі міді.
Карбідні сплави: з карбідом вольфраму або хрому.
Наплавний матеріал залежно від методу наплавлення застосовується у
вигляді суцільного або порошкового дроту, холоднокатаних або порошкових
стрічок, порошків, покритих електродів, литих прутків або профільованих
деталей.
21
Для створення зносостійких та антифрикційних покриттів висуваються
певні вимоги до матеріалів. Вони повинні мати високу твердість, великий
модуль пружності E, високий рівень механічних властивостей і малий
коефіцієнт тертя. Структура покриття повинна забезпечувати
антиприхоплювання і можливість швидкого припрацювання до контртіла.
Однак під час використання наплавлення як методу отримання захисних
покриттів виникають певні складнощі:
1. Металургічні процеси при наплавленні є складними. Вони
характеризуються короткотривалістю, невеликим об'ємом розплавленого
металу та високою температурою джерел теплоти. Недопустимі перегріви, які
призводять до стікання нанесеного покриття, утворення напливів, виступів,
зміни геометрії, а також недогріви, що спричиняють появу пор, непроплавлених
ділянок, раковин тощо.
2. Розплавлений метал швидко кристалізується через невеликий об'єм
та контакт із холодним твердим металом — цей процес може тривати кілька
хвилин або навіть секунд. Через це хімічні реакції у розплавленому металі та
шлаку не досягають рівноваги. Для зняття залишкових напружень, які
виникають після затвердіння наплавленого шару й можуть призводити до
утворення тріщин та руйнування покриття під час експлуатації, часто
використовують термічну обробку як завершальний етап. Вона також необхідна
для досягнення оптимальної твердості покриття та покращення його
оброблюваності різанням.
3. Через високу температуру процесу в наплавленому металі
утворюються оксиди, які можуть бути у твердому, рідкому або газоподібному
стані. Розчинні оксиди різко знижують механічні властивості металу, тоді як
нерозчинні переходять у шлак. Проте деякі оксиди можуть залишатися в металі
у вигляді бульбашок, утворюючи пори.
4. Під час усіх методів наплавлення присадочний матеріал
перемішується з оплавлюваним металом, що неминуче погіршує властивості
наплавленого шару.
22
5. Наплавлений шар має нерівномірні властивості. Наприклад, при
індукційному наплавленні мікротвердість знижується від поверхні шару до
основного матеріалу на 10%. Після механічної обробки наплавленого шару,
отриманого вібродуговим методом, спостерігається чергування ділянок
поверхні з різною твердістю, яка змінюється на 30%.
6. Висока питома енергія процесу наплавлення може викликати
деформацію виробу. Неправильний вибір режиму наплавлення може призвести
до надмірної деформації та браку. Для запобігання цьому використовують
кілька підходів: фіксація виробу в зажатому стані, створення попередньої
деформації, щоб зворотна деформація від наплавлення відновила правильну
форму, або виконання механічної обробки до заданих розмірів після
наплавлення.
7. Отримання тонкошарових покриттів створює значні труднощі. При
наплавленні дрібногабаритних деталей нагрів змінює структуру і властивості
матеріалу деталі. Термічна обробка, що використовується для відновлення
властивостей матеріалу, часто призводить до відшаровування наплавленого
шару.
Через зазначені недоліки процесів наплавлення в сучасній практиці
відновлення зношених деталей велика увага приділяється методам
газотермічного напилення.
1.3 Газотермічне напилення при ремонті деталей
Сьогодні методи газотермічного напилення широко застосовуються як при
ремонті деталей, так і для створення антифрикційних і зносостійких захисних
покриттів.
Газотермічне напилення використовують для нанесення металевих або
метало-подібних шарів товщиною від десятків нанометрів до сотень
мікрометрів на металеві деталі різного розміру [17].
Напилення легованими сталями, кольоровими сплавами та
композиційними матеріалами дозволяє отримувати зносостійкі, антифрикційні,
жаростійкі та корозійностійкі поверхні для швидкозношуваних і високо
навантажених деталей [18–20].
23
Суть процесу газотермічного напилення полягає в нанесенні покриття на
поверхню деталі за допомогою високотемпературного швидкісного струменя,
який містить частинки розплавленого металу. Ці частинки осідають на
основному металі при ударному зіткненні з його поверхнею. При цьому
напилення не спричиняє розплавлення поверхні основного металу. Покриття
утворюється з окремих розплавлених або майже розплавлених частинок, які при
зіткненні з поверхнею основного металу розплющуються, формуючи тонкий
шар, механічно зчеплений із поверхнею [20, 21].
Захисні покриття методом напилення використовують для деталей різного
розміру та призначення: гальмівні колодки, лопатки газових турбін, поршневі
кільця суднових дизелів, стійки шасі, прилади рульових механізмів, підшипники
ковзання, посадочні місця під підшипники, напрямні верстатів, прес-форми для
лиття, шпульні ковпачки, корпуси човників, валки прокатних станів, вали
насосів, головки та сопла ракет тощо [18, 22, 20].
Методи напилення за станом наплавного матеріалу поділяються на
газотермічне напилення (потоком диспергованих нагрітих частинок) та
вакуумне конденсаційне (пароподібний або іонізований стан наплавного
матеріалу) [21, 19]. До газотермічного напилення належать електродугова
металізація (ЕДМ), газополуменеве напилення (ГПН) та плазмове напилення
(ПН).
Загальним для всіх методів ГТН є нагрівання вихідного матеріалу до
плавлення або пластифікації з його подальшим транспортуванням у
високотемпературному потоці газу на поверхню деталі. Відмінність між
методами полягає в джерелі нагріву матеріалу [17].
Плазмове напилення вирізняється високою продуктивністю процесу (2–8
кг/год до 50–80 кг/год залежно від потужності розпилювача), універсальністю
щодо розпилюваного матеріалу (дріт, порошок із різною температурою
плавлення) та високим коефіцієнтом використання матеріалу (до 0,85). У
плазмовому напиленні матеріал нагрівається плазмою, яка є сильно іонізованим
газом. Процес іонізації відбувається під дією високих температур або тиску [18,
22, 20, 25].
24
Параметри плазмового напилення включають потужність дуги, склад,
витрату та тиск плазмоутворюючого газу, продуктивність розпилення,
дистанцію напилення, конструкційні параметри розпилювача тощо. Покриття
можуть мати товщину 0,1–50 мм, середня швидкість частинок сягає 300 м/с, а
швидкість потоку плазми — до 800 м/с [18].
Недоліки ГТН, зокрема, плазмового напилення, включають невисоку
адгезійну міцність (80–100 МПа для ПН) та наявність пористості (2–15%), що
обмежує застосування для створення антифрикційних і зносостійких шарів у
високо навантажених парах тертя. Для покращення якості покриттів
використовують попередню обробку (дробоструминну, механічну, хімічну) і
подальшу обробку (механічну, термічну, лазерну) [21, 17, 19].
Вакуумне напилення є альтернативою ГТН і базується на осадженні
атомарного потоку речовини, створеного шляхом випаровування матеріалу у
вакуумі або розпилення атомів під дією прискорених іонів [21, 19–26].
Напилення виконується в камері, в якій за допомогою вакуумного
обладнання досягається і постійно підтримується розрідження. Завдяки цьому
забезпечується перенесення атомів із мінімальним взаємодією з газами. Рівень
розрідження залежить від фізичних і технічних особливостей процесу та
зазвичай становить від 1…10- 4 Па.
Потік випаруваних (термовакуумне напилення) або розпилених атомів
(іонне розпилення), стикаючись із поверхнею твердого тіла, адсорбується та
конденсується на ній, утворюючи різні шаруваті структури.
Основними параметрами, що визначають експлуатаційні та функціональні
характеристики осаджених покриттів, є: щільність атомарного потоку, який
стикається з поверхнею; енергетичний стан потоку; тиск і склад залишкових
газів у робочій камері; температура нагріву оброблюваної деталі перед і під час
напилення; активація процесів, що відбуваються на поверхні зародження та
росту конденсату.
Одним із недоліків вакуумного напилення є залишкові напруження на межі
розділу покриття й основного матеріалу, що сприяють руйнуванню покриття
[21].
25
Перевагою вакуумного напилення є відсутність взаємодії атомів
напилюваного матеріалу з газовим середовищем. Однак, як і при
газотермічному напиленні, залишається актуальною проблема адгезії через
існування межі розділу покриття та основного матеріалу.
При всіх методах напилення необхідно враховувати сумісність складу
покриття і матеріалу виробу, що напилюється, для забезпечення адгезійної
взаємодії. Це обмежує застосування методу для створення захисних покриттів.
Теоретичні дослідження, практика напилення і подальша експлуатація
виробів із напиленням [23–27, 25] показують, що зі збільшенням товщини
покриття зростає ймовірність його відшаровування. Адгезійна міцність із
ростом товщини покриття знижується.
Одним із методів, який дозволяє отримувати антифрикційні покриття і
широко використовується сьогодні, є метод електроіскрового легування (ЕІЛ)
[28–31].
Суть процесу полягає в наступному. На електрод і виріб, виготовлені з
електропровідного матеріалу, подається різниця потенціалів (до 50 В).
Електроду надається вібрація (до 50 Гц), і він вводиться в контакт із виробом.
При силі струму близько 1–5 А починається електроіскровий процес, який
супроводжується переважним руйнуванням матеріалу електрода-анода та
перенесенням продуктів його ерозії на поверхню виробу-катода. Процес
відбувається в газовому середовищі або вакуумі.
На поверхні виробу формується шар із модифікованою структурою [33], що
утворюється як внаслідок перенесення матеріалу електрода, так і під дією
імпульсних теплових і механічних навантажень.
Мікротвердість покриття, отриманого методом електроіскрового легування
(ЕІЛ), залежно від матеріалу електрода становить 1000…14 000 Нм [33, 34].
Матеріали електродів включають графіт, тверді сплави (ВК-8, Т15К6),
білий чавун, литий карбід вольфраму тощо [33, 35].
Електроіскровому зміцненню піддають деталі типу кулачків, напрямних,
штовхачів, а також інструменти й штампи [36, 35].
26
Недоліки ЕІЛ - шорсткість поверхні покриття (до 30–60 мкм) та його
пористість (15–35%) [36].
Неповнота покриття та обмеження товщини отриманого шару через ерозію,
яка відбувається при певних значеннях енергії вже нанесеного шару. Це
ускладнює застосування методу для деталей із зносом понад 0,8 мкм [37].
Значне термічне навантаження призводить до росту зерна в поверхневому
шарі основного металу, що знижує його міцність.
Нагрівання тонкого поверхневого шару супроводжується інтенсивним
відведенням тепла масою деталі, що викликає появу мікротріщин. Це веде до
погіршення зчеплення легованого шару з основою та зниження адгезійної
міцності.
Для покращення якості зчеплення покриття з основою рекомендується
попередня обробка, описана в [34], або подальша обробка лазером із
сплавленням поверхневого шару [38]. Однак це ускладнює процес ЕІЛ.
ЕІЛ застосовують для отримання зносостійких, корозійностійких,
жаростійких і антифрикційних покриттів. Призначення легованого шару
наведено у Таблиці 3 [33, 28].
Таблиця 3 Призначення легованого шару
27

З урахуванням технологічних переваг і недоліків методу, а також витрат на
його застосування в серійному ремонтному виробництві, для відновлення
зношених колінчастих валів компресорів фреону був обраний метод
електродугової металізації.
1.4 Електродугова металізація
Втрати металу через знос і корозію металоконструкцій становлять близько
30% їхньої маси. Серед технологій ресурсозбереження інтенсивно розвивається
група методів газотермічного напилення (ГТН) покриттів, зокрема метод
електродугової металізації (ЕДМ).
28
Аналіз показав, що до 2019 року річний обсяг світового ринку технологій
ГТН зріс на 25%. У цій групі покриття, отримані методом ЕДМ, є в 3–10 разів
дешевшими за покриття, отримані іншими способами ГТН.
Суть методу полягає у нанесенні покриттів шляхом розпилення повітрям
двох витратних електропровідних дротів, між якими збуджується дуговий
розряд. Струмінь стисненого повітря зриває з електродів частинки
розплавленого металу і переносить їх на оброблювану поверхню.
Схема електродугового розпилення представлена на Рисунку 1.5.

Рисунок 1.5. Схема процесу електродугового напилення: 1 – напилювана
поверхня; 2 – направляючі наконечники; 3 – повітряне сопло; 4 – подаючі
ролики; 5 – дріт.
Метал розпилюється до частинок розміром 10–50 мкм, а товщина
отриманого шару може досягати 12 мм і більше.
Переваги електродугового напилення: висока продуктивність процесу (до
65 кг/год); висока зносостійкість покриття; простота та технологічність процесу.
Використання джерел постійного струму дозволило стабілізувати дуговий
розряд, і з цього часу процес отримав правомірну назву «електродугова
металізація» (ЕДМ). Таким чином, у визначенні стабільного процесу ЕДМ
необхідно вказувати на відсутність розривів ланцюга та коротких замикань.
Оси електродів при ЕДМ схрещуються під певним кутом. Постійна напруга
на дузі становить 18–45 В. Встановлено, що зі зменшенням кута між
електродами підвищується стійкість процесу.
29
Механізм стійкого горіння дуги між плавкими електродами (анодом і
катодом) при ЕДМ пояснюється відомим для зварювальних дуг механізмом
«саморегулювання дуги». Цей механізм полягає у спостережуваній рівності
швидкостей подачі та плавлення електродів. Якщо виникають збурення у
швидкості їх подачі, теплове джерело (електрична дуга) миттєво коригує свої
параметри (струм і напругу), щоб збільшити або зменшити швидкість плавлення
електродів.
Інтенсивність процесу саморегулювання залежить від форми статичної
вольт-амперної характеристики джерела живлення електричної дуги. Очевидно,
що зі збільшенням швидкості подачі електродів зростає потреба у більшій
інтенсивності саморегулювання для забезпечення стабільності процесу.
Конструкція соплової системи з підведенням струму і направляючими для
електродів повинна відповідати певним вимогам, щоб забезпечити стабільність
і якість процесу ЕДМ:
1. Для стабільної роботи розпилювальної головки необхідно забезпечити
точність перетину осей електродів у точці їх схрещування з відхиленням
не більше ніж на 1/4 діаметра застосовуваних електродів. Це досягається
шляхом зменшення довжини вильоту електродів із струмопідводів.
2. Для покращення саморегулювання дуги необхідно прагнути до
зменшення кута схрещування електродів.
3. Для максимального використання енергії струменя бажано розташувати
точку схрещування електродів у зоні дії першого стрибка ущільнення,
який знаходиться на відстані 0,5D від зрізу сопла.
У розпилювальних головках апаратів ЕДМ, які застосовуються на практиці,
використовуються два типи соплових пристроїв (Рисунок 1.6) [40].
30

Рисунок 1.6. Соплові пристрої розпилювачів ЕДМ: а – з повітряним
соплом; б - з гострою кромкою
Соплова система (Рисунок 1.6, а) конструктивно простіша, зручніша в
експлуатації і дозволяє використовувати профільовані сопла. Проте сопло з
гострою кромкою (Рисунок 1.6, б) полегшує виконання вищезазначених вимог і
захищає конструктивні елементи розпилювальної головки від зовнішнього
впливу під час роботи.
У сучасних апаратах ЕДМ використовуються соплові пристрої з гострою
кромкою, при цьому сопло виготовляється з кераміки, оскільки працює в зоні
високих температур.
Характерною особливістю металізаційного струменя порівняно зі
струменями інших способів ГТН є факт його розрізання площиною схрещування
електродів до половини.
На горизонтальній проєкції перерізу утворюється фігура, показана на
Рисунку 1.7, а, а на вертикальній проєкції — фігура, показана на Рисунку 1.7, б.
Очевидно, що максимальний крок напилення рівнотовщинного покриття у
випадку (а) буде більшим, а товщина покриття меншою, ніж у випадку (б) за
однакової швидкості відносного переміщення розпилювача.
Цей факт можна використовувати у механізованих способах напилення
великих поверхонь.
31

Рисунок 1.7. Формування шару. Переріз шару: а – горизонтальна проєкція;
б – вертикальна проєкція; 1 – сопло; 2 – електрод; 3 – переріз шару; 4 –
підкладка.
Нагрів поверхневого шару колінчастого вала під час електродугової
металізації (ЕДМ) не перевищує 100–120°C. Процес ЕДМ є
високопродуктивним і має важливу перевагу над наплавленням — можливість
багаторазового ремонту деталей.
Відновлення деталей методом електродугового напилення включає три
основні етапи: підготовку поверхні до нанесення покриття, безпосереднє
напилення, подальшу механічну обробку. Процес напилення складається з трьох
ключових фаз: Переведення електродного дроту в рідку фазу. Розпилення
розплавленого металу струменем повітря.Формування покриття.
Процес плавлення металу електродного дроту характеризується високою
температурою горіння електричної дуги, циклічністю та короткотривалістю
явищ, що відбуваються у зоні плавлення.
Цикли явищ під час плавлення дроту в процесі ЕДМ:
1. Горіння дуги між електродами та їх плавлення.
2. Перший розрив електричного ланцюга електродів.
3. Коротке замикання та подальше плавлення електродів.
4. Іскровий розряд, що ініціює нову дугу.
32
Розплавлення матеріалу електродів відбувається як у моменти горіння дуги,
так і при короткому замиканні. У періоди розривів електричного ланцюга
електродів розплавлення металу не відбувається. Тривалість кожного з цих
циклів становить тисячні частки секунди. Тривалість періоду горіння дуги при
роботі електродугового металізатора на змінному струмі складає 43–49,5% від
тривалості всього циклу явищ.
Це означає, що температура рідкого сплаву в різні моменти циклу буде
відрізнятися. Найвища температура досягається під час горіння дуги, що сприяє
утворенню великої кількості дрібнодисперсних частинок металу. Натомість у
момент короткого замикання температура розплаву є нижчою, що призводить
до утворення частинок більших розмірів.
На структуру та властивості шару значний вплив мають: швидкість руху
частинок; їх маса та розміри; температура частинок під час польоту. Більшість
цих факторів залежить від режимів електродугової металізації.
Швидкість металовоздушного струменя, як і температура частинок,
змінюється від зони плавлення до відновлюваної або зміцнюваної поверхні.
Наприклад, швидкість частинок від початкової величини 18,8 м/с збільшується
до максимальних значень, а потім, зі збільшенням відстані від джерела тепла,
зменшується.
Орієнтовно максимальна швидкість частинок розпиленої сталі становить не
менше 190 м/с. На відстані 250 мм від сопла металізатора кінцева швидкість
частинок зменшується до 85 м/с, а час перебування частинок у повітрі не
перевищує 0,003 с.
Висока швидкість і короткий час польоту частинок металу дозволяють їм
досягати поверхні деталі у пластичному стані. Наприклад: Температура металу
по осі струменя на відстані 50 мм від сопла становить 1030 °C. На відстані 200
мм температура знижується до 900 °C.
Висока кінцева швидкість польоту частинок металу, що мають великий
запас кінетичної енергії, сприяє щільному контакту частинок із мікрорельєфом
поверхні деталі та між собою. Пластичний стан частинок під час напилення
також сприяє збільшенню контактної поверхні.
33
Однак окислення відновлюваної або зміцнюваної поверхні, а також
металевих частинок під час їхнього польоту та нанесення, негативно впливає на
контактну міцність. Оксиди, що утворюються, є більш крихкими, ніж метал, і
знижують міцність нанесеного шару. Наприклад, при використанні азоту як
транспортуючого газу міцність металізаційних покриттів значно підвищується
завдяки зменшенню вмісту оксидів у покритті.
Недоліки покриттів, отриманих методом ЕДМ: Низька міцність і стійкість
до динамічних навантажень. Перегрів і окислення напилюваного матеріалу.
Вигорання легуючих елементів присадочного металу. Наприклад: Вміст
вуглецю в покритті може знижуватися на 40–60%. Вміст кремнію та марганцю
— на 10–15%.
Обмеження впровадження ЕДМ:
Відсутність системних рішень для запобігання інтенсивному вигоранню
легуючих елементів із металу.
Недостатня концентрація легуючих елементів у покриттях і високий вміст
оксидів.
Широкий факел розпилення струменя в серійно випущених апаратах, що
знижує коефіцієнт використання матеріалу (не перевищує 0,5–0,6).
Нерівномірна щільність покриття на периферії плями розпилення.
Ці недоліки призводять до зниження адгезійно-когезійних і зносостійких
властивостей покриття, що обмежує використання ЕДМ для відновлення високо
навантажених деталей, таких як колінчасті вали дизельних двигунів.
Невирішені проблеми:
Швидкість і ступінь окислення диспергованого металу в гетерофазному
потоці.
Окислення металу під час диспергування, зокрема за використання в
металізаторі не чистого повітря, а його суміші з продуктами згоряння
вуглеводневого палива.
Рекомендації для вирішення проблем:
Проведення досліджень, спрямованих на підвищення швидкості потоку
напилюваних частинок на виході з металізатора.
34
Модернізація металізатора із застосуванням металокарботермічних
процесів.
Дослідження впливу складу електродного дроту на властивості покриття
під час напилення на сталь 45.
Мета і задачі дослідження
З урахуванням актуальності проблеми підвищення зносостійкості
відновлених колінчастих валів компресорів фреону, було визначено мету та
завдання досліджень.
Об'єкт дослідження: процес відновлення колінчастих валів компресорів
фреону зі сталі 45 методом електродугової металізації та іонної імплантації.
Предмет дослідження: закономірності впливу технологічних параметрів
електродугової металізації, марки електродного дроту та іонної імплантації
шару газотермічного покриття на структуру, зносостійкість і міцність зчеплення
відновлених покриттів.
Мета роботи - встановити вплив технології електродугової металізації,
марки застосовуваного електродного дроту та іонної імплантації шару
газотермічного покриття на закономірності зміни зносостійкості відновлених
колінчастих валів зі сталі 45.
Для досягнення мети – вирішувалися наступні задачі:
1. Визначити вплив параметрів процесу дугової металізації на
закономірності зміни міцності зчеплення покриття з підкладкою.
2. Встановити вплив марки електродного дроту під час електродугової
металізації на зносостійкість відновлених колінчастих валів.
3. Експериментально дослідити закономірності зміни зносостійкості
шару газотермічного покриття, отриманого методом електродугової металізації
4. Дослідити особливості зміни структури шару газотермічного
покриття під впливом іонної імплантації.
5. На основі отриманих результатів досліджень розробити
технологічні рекомендації для підвищення експлуатаційних характеристик
відновлених колінчастих валів.
35
Розділ 2. Обладнання. Дослідження впливу технології електродугової
металізації на структуру та властивості напиленого шару та
підкладки
2.1 Обладнання для електродугової металізації.
Для електродугової металізації використовувалася установка, що
складається з:
- Обертального пристрою із патроном для закріплення зразків.
- Електродугового металізатора з джерелом живлення дуги постійного
струму.
- Механізму кріплення касет із дротом та системи його подачі в
металізатор.
- Блока керування параметрами процесу, який дозволяє контролювати
режими металізації. Рисунок 2.1 демонструє компоненти цієї установки.

Рисунок 2.1. Установка для електродугової металізації
Для металізації використовувався стаціонарний металізатор ЕДМ-5М.
Нанесення шару покриття здійснювалося у обертальному пристрої (токарному
верстаті), який забезпечує рівномірне обертання деталі зі швидкістю 40–150
об/хв і подовжнє переміщення металізатора вздовж напилюваної деталі зі
швидкістю 80–120 мм/хв.
36
Для живлення електричної дуги металізатора застосовуються джерела
живлення постійного струму із жорсткою вольт-амперною характеристикою, з
номінальним струмом 500 А (ВДУ-505, ВДУ-506 тощо).
Для металізації, залежно від умов роботи та необхідної твердості
нанесеного шару покриття, використовувалася дріт діаметром 1,6–2,0 мм таких
марок, як 12Х13, 12Х18Н10Т, 40Х13, Св.08ГА, ПТТП-1, 20Х13, 50ХФА,
15ГСТЮЦА, Х20Н80, 30ХГСА, Х15Н60 тощо.
Напилення здійснювалося у наступному режимі:
- Тиск стисненого повітря, МПа: 0,5–0,6
- Напруга на дузі, В: 28–33
- Робочий струм, А: 250–300
- Дистанція напилення, мм: 130–160
- Поздовжня подача металізатора, мм/хв: 160–200
- Кількість обертів деталі, об/хв: 80–120.
Під час напилення необхідно використовувати чисте повітря. Очищення
повітря здійснюється за допомогою масло- і волого-відділювача будь-якої
конструкції, що забезпечує необхідний рівень його чистоти та вологості.
Температура напилюваного покриття не повинна перевищувати 90–100 °С.
Для цього слід чергувати проходи напилення з проходами металізатора вздовж
обертової деталі без увімкнення подачі стисненого повітря.
Контроль температури покриття здійснюється за допомогою контактних
термометрів.
Напилення покриття проводиться до необхідних розмірів із урахуванням
технологічного припуску на механічну обробку в межах 0,5–0,7 мм на сторону
та усадки покриття після повного охолодження (0,15–0,20 мм на діаметр).
Часовий проміжок між операціями підготовки та напилення не повинен
перевищувати 1,0–1,5 години за температури навколишнього середовища не
нижче +15 °С. В іншому разі підготовка поверхні деталі під напилення повинна
бути повторена.
37
2.2 Визначення міцності зчеплення покриття за штифтовим методом
Суть методу полягає у визначенні величини руйнівного навантаження під
час витягування штифта зусиллям, спрямованим перпендикулярно до торцевої
площини штифта, на яку нанесено покриття. Міцність зчеплення визначається
як відношення руйнівного навантаження до площі торцевої поверхні штифта.
Розміри зразка та захвату (Рисунки 2.2 і 2.3) дозволяють використовувати
цей метод для випробувань як за кімнатної, так і за високих температур на
стандартному обладнанні.

Рисунок 2.2. Штифтовий зразок: а – шайба; б - штифт
38

Рисунок 2.3. Захват
Зразок складається з шайби (Рисунок 2.2, а) та штифта (Рисунок 2.2, б).
Циліндрична поверхня сполучення деталей діаметром 3 мм забезпечується
ковзною посадкою. Деталі підбираються методом селективного складання
таким чином, щоб гарантований зазор був мінімальним.
Складання зразка і захвата (Рисунок 2.4) проводиться безпосередньо перед
випробуванням. Зразки селективного складання закріплюються у пристосуванні
(Рисунок 2.5), яке встановлюється на магнітний стіл плоскошліфувального
верстата. Виконується шліфування робочої поверхні зразків, після чого ця
поверхня піддається піскоструминній обробці (у складі пристосування), і на неї
наносяться покриття (також у пристосуванні).
Не допускається обробка, пов’язана з дифузійними процесами. Зразки
обережно виймаються з пристосування та встановлюються в захват (Рисунок
2.3) для проведення випробувань на відрив.
Після проведення випробувань визначається група зразків однакової
товщини, для яких міцність зчеплення розраховується як середнє арифметичне.
39

Рисунок 2.4. Складання захват-зразок з покриттям: 1 - захоплення; 2 –
покриття; 3 – шайба; 4 – штифт

Рисунок 2.5. Пристрій для напилення
Факультативно можуть проводитися випробування міцності зчеплення
покриття на зріз.
2.3 Випробування покриття на твердість
Твердість — це здатність матеріалу протистояти вдавлюванню в його
поверхню твердого тіла — індентора. Як індентор використовують загартовану
кульку або алмазний наконечник у формі конуса чи піраміди (Рисунок 2.6). На
практиці використовуються чотири основні методи вимірювання твердості.
40

Рисунок 2.6. Схема визначення твердості за Брінеллем (а) та Віккерсом (б)
Твердість за Роквеллом (ГОСТ 9013–59) визначається за глибиною
вдавлювання алмазного конуса з кутом при вершині 120° або сталевої кульки
діаметром 1,588 мм. Значення твердості зчитується з приладу. Навантаження
обирається залежно від матеріалу індентора.
Прилад для вимірювання твердості за Роквеллом має три вимірювальні
шкали: А, В, С. Твердість позначається цифрами, що визначають рівень
твердості, та літерами HR із зазначенням шкали, наприклад: 70 HRA, 58 HRC,
50 HRB.
Шкали вимірювання:
Шкала А (алмазний конус, навантаження 600 Н): Застосовується для
особливо твердих матеріалів, тонких листових матеріалів і тонких шарів (0,5–
1,0 мм). Межі вимірювання: HRA 70–85.
Шкала В (сталева кулька, навантаження 1000 Н): Використовується для
порівняно м'яких матеріалів (< 400 HB). Межі вимірювання: HRB 25–100.
Шкала С (алмазний конус, навантаження 1500 Н): Призначена для твердих
матеріалів (> 450 HB), наприклад, загартованих самофлюсівних газотермічних
покриттів, загартованих сталей. Межі вимірювання: HRC 20–67.
У цьому дослідженні для визначення твердості покриття за Роквеллом
використовувався твердомір ТЕМП-2.
41
2.4 Зносостійкість
Метод заснований на діючій методиці порівняльної оцінки триботехнічних
характеристик (лінійного та вагового зносу, коефіцієнта тертя, інтенсивності
зношування) сталей і сплавів за умов сухого тертя. Використовуються
стандартні зразки, на робочу поверхню яких наноситься покриття,
зносостійкість якого необхідно визначити. Умови проведення випробувань:
Питоме навантаження: у межах 2,5–15 МПа. Осьове зусилля: Pmax = 750 Н.
Ці параметри забезпечуються коефіцієнтом перекриття зразків від 1 до 0,17.
У випадку коефіцієнта 0,17 кільцевий зразок із площею 300 мм² обробляється
так, що суцільна поверхня контакту замінюється трьома опорними поверхнями
(Рисунок 2.7) із загальною площею близько 50 мм².

Рисунок 2.7. Зразки для випробувань покриттів на сухе тертя
До матеріалу зразків під час випробувань покриттів спеціальних вимог не
висувається. Тому можуть використовуватися придатні зразки, на яких уже
досліджувалися трибологічні властивості матеріалів покриттів. Перед
випробуванням робоча поверхня покриття піддається попередньому
притиранню на плиті та припрацюванню. Якщо після припрацювання площа
контакту становить менше ніж 95% від номінальної площі зразка, тривалість
припрацювання збільшується. Кількість зразків для одного випробування
становить 3–5 пар.
Перед випробуванням проводиться налаштування машини на вибраний
режим і підготовка зразків, які піддаються промиванню, знежиренню, сушці,
зважуванню та вимірюванню. Отримані дані вносяться до протоколу. Зразки
закріплюються у тримачах таким чином, щоб між ними забезпечувався
42
необхідний зазор 0,2 мм при випробуваннях за кімнатної температури і 1 мм при
випробуваннях за підвищеної температури.
Установивши за тахометром швидкість обертання шпинделя (n = 250 об/хв)
і забезпечивши осьове навантаження відповідно до вимог випробування (Pmax
= 750 Н), проводиться припрацювання зразків протягом 10 хв, фіксуючи кожні
3–5 хв значення моменту тертя та температури у зоні тертя. Ці дані дозволяють
оцінити трибологічні властивості необроблених покриттів.
Після припрацювання зразки знову промивають, висушують, зважують і
вимірюють. Дані вносяться до протоколу. Випробування тривають протягом 1
години за кімнатної температури. При цьому фіксуються початок випробування
(час), початковий момент тертя і температура через кожні 10 хв (6 точок).
Для випробувань за підвищених температур (після припрацювання,
зважування зразків і їх закріплення у тримачах) необхідно ввімкнути
електронагрівальну піч, нагріти зразки до заданої температури, а потім
проводити випробування так само, як і за кімнатної температури.
2.5 Обладнання для іонної імплантації
Найбільш перспективними іонними джерелами для обробки металевих
конструкційних матеріалів, де потрібні високі дози опромінення при середніх
енергіях, є джерела на основі вакуумної дуги. Вони працюють у частотно-
імпульсному режимі та забезпечують високу продуктивність. У таких джерелах
вакуумна дуга в парах металу використовується для формування плазми, з якої
витягується пучок іонів. Плазма повністю складається з матеріалу катода.
Відмінними особливостями установки для іонної імплантації, що
використовувалася у цій роботі (Рисунок 2.8, а), є: наявність двох незалежних
джерел іонів — джерела іонів металу та джерела іонів газів (так звана
двопроменева установка); формування поліенергетичного пучка іонів.
Такі джерела дозволяють генерувати іонні пучки з високою щільністю
іонного струму та забезпечують багатокомпонентну, високодозову імплантацію.
Завдяки тому, що оброблювана деталь не є одним із електродів і на неї не
подається потенціал, можна обробляти деталі, виготовлені як із металів, так і з
неметалів (наприклад, скла).
43

Рисунок 2.8. Зовнішній вигляд установки для іонної імплантації: а)
установка; б) робоча камера.
Установка складається з робочої камери (Рисунок 2.8, б), в якій встановлені
два незалежні джерела іонів — джерело іонів газів і джерело іонів металів.
Установка включає наступні системи:
- Робоча камера, у якій відбувається обробка виробів. Усередині камери
розміщений епіциклічний стіл, на якому розташовуються оброблювані вироби,
а також циліндр Фарадея, що використовується для реєстрації та вимірювання
дози імплантації іонів металів.
- Вакуумна система, що складається з двох насосів: механічного
форвакуумного насоса 2НВР-16Д, який створює попередній вакуум;
дифузійного паромасляного насоса АВДМ-250, який забезпечує робочий вакуум
(приблизно 10⁻⁵ мм рт. ст.); а також блока керування вакуумною системою. Крім
того, у цьому блоці розташований тумблер керування приводом робочого
столика.
- Система вимірювання вакууму, що складається з іонізаційно-
температурного вакуумметра ВІТ-3, з’єднаного з датчиком вимірювання
низького вакууму ПМТ-4М і датчиком вимірювання високого вакууму ПМІ-2.
- Джерело іонів газів ГІГ-25 типу дуоплазматрон, яке відрізняється високою
щільністю струму, економічністю витрати газу та малим розкидом іонів за
енергією. Джерело працює в безперервному режимі, генерує сфокусований
пучок іонів газів з високою щільністю струму, ефективною витратою газу та
малим енергетичним розкидом іонів.
- Джерело іонів металів ІГМІ-50 (імпульсний генератор металевих іонів) є
вакуумно-герметичною аксіальною циліндричною конструкцією. Принцип
роботи базується на горінні електричної дуги в парах металу у вакуумі, з яких
44
витягуються іони. Особливістю цього джерела є наявність трьох електродів:
катода, підпалювального електрода і анода.
- Пульт управління і живлення, який забезпечує живлення і керування
джерелами іонів.
- Система реєстрації іонного струму, що включає в себе епіциклічний
робочий стіл, схему узгодження, мікроамперметр і осцилограф.
- Система вимірювання дози імплантації іонів металів, яка складається з
циліндра Фарадея, інтегратора струму та перерахункового пристрою.
- Система охолодження, що включає системи охолодження джерел іонів,
дифузійного насоса та робочої камери.
Технічні параметри установки для іонної імплантації та джерел іонів
наведено у таблицях 4 і 5.
Використання двох принципово різних за принципом роботи джерел іонів
забезпечує можливість імплантації практично всіх елементів Періодичної
системи.
Таблиця 4. Технічні параметри установки для іонної імплантації

Таблиця 5. Технічні дані джерела

45
Оскільки даний тип джерел іонів характеризується багатозарядним складом
іонного пучка, при визначенні дози опромінення необхідно враховувати
середній заряд іонів у пучку.
Як матеріал катода використовували титановий сплав ВТ1-00, ніобій та
монопетичний сплав, що містить 64% міді і 36% свинцю, з додатковим
легуванням оловом.
Сплав із вмістом 36% свинцю, відповідно до діаграми стану, належить до
монопетичних сплавів. Через наявність невисокого купола розшарування у
рідкому стані продукт монопетичної реакції (далі — МР), що є рідиною,
збагаченою тугоплавким компонентом, одразу після свого утворення контактує
з рідкою фазою — розплавом легкоплавкого металу. Завдяки цьому, навіть за
відсутності конвективних процесів, спостерігається прискорене відведення
атомів тугоплавкого компонента у легкоплавкий розплав за рахунок дифузії у
рідкій фазі, а також активне перемішування розплаву, пов’язане з поглинанням
тепла у зоні МР.
Вихідні компоненти для експерименту: мідь марки ОСЧ 11-2 (ТУ 48-7-24-
75) і свинець хімічно чистий (ТУ 6-09-3523-74). Навіску заданого
монопетичного складу (Cu64%–Pb36%) плавили у графітових тиглях,
виготовлених із графіту марки МПГ–6.
Характеристики тигля: Внутрішній діаметр — 30 мм, що відповідає
діаметру катода імплантера. Товщина стінок — не більше 5 мм.
Для запобігання окисленню розплаву під час плавлення і витримки при
заданій температурі тигель закривали щільно притертою кришкою з того ж
матеріалу.
Заготовлену шихту нагрівали до 1100 °С, витримували при цій температурі
протягом 45 хвилин. Охолодження проводили на спокійному повітрі із
застосуванням ультразвукового впливу.
2.6 Просвічувальна електронна мікроскопія
Просвічувальна електронна мікроскопія (далі — ПЕМ) передбачає
дослідження тонких зразків за допомогою пучка електронів, які проходять крізь
них і взаємодіють із матеріалом зразка. Електрони, що пройшли через зразок,
46
фокусуються на пристрої формування зображення: флуоресцентному екрані,
фотопластинці або сенсорі ПЗС-камери.
Завдяки меншій довжині хвилі електронів порівняно зі світловою хвилею,
ПЕМ забезпечує роздільну здатність, яка в десятки тисяч разів перевищує
можливості найсучаснішого світлооптичного мікроскопа. З використанням
ПЕМ можливе вивчення об’єктів навіть на атомарному рівні. ПЕМ є одним із
основних методів дослідження в багатьох прикладних галузях, таких як фізика,
біологія, матеріалознавство тощо.
На відносно малих збільшеннях контраст у ПЕМ виникає через поглинання
електронів матеріалом досліджуваного зразка. На великих збільшеннях складна
взаємодія хвиль формує зображення, яке потребує складнішої інтерпретації.
Сучасні ПЕМ мають режими роботи, що дозволяють досліджувати
елементний склад зразків, орієнтацію кристалів, фазовий зсув електронів тощо.
Для досліджень у галузях матеріалознавства, металургії, кристалографії, фізики
напівпровідників створено сучасні високовольтні (до 300 кеВ) ПЕМ із високою
роздільною здатністю, які в звичайному режимі дозволяють отримувати
зображення атомів. Завдяки додатковим аналітичним приставкам (рентгенівські
енергодисперсійні спектрометри, спектрометри втрат енергії електронів), ці
мікроскопи дозволяють визначати елементний склад ділянок із розміром менш
ніж 0,5 нм у діаметрі.
Дослідження проводилися на обладнанні компанії «Системи для
мікроскопії та аналізу» (далі — СМА). Для просвічувальної дифракційної
електронної мікроскопії використовувався багатоцільовий електронний
мікроскоп Tecnai G2 20 ПЕМ, зовнішній вигляд якого представлено на Рисунку
2.9, а.
Підготовка зразків здійснювалася за допомогою фокусованого іонного
пучка (FIB, Focused Ion Beam) на двопроменевій аналітичній системі FEI Quanta
3D FEG, зображеній на Рисунку 2.9, б. Унікальна система, що поєднує
електронну колонку (SEM) та іонну колонку (FIB), дозволяє отримувати
локальні поперечні зрізи зразків для просвічувальної мікроскопії будь-якої
форми та розмірів.
47
Зразки для ПЕМ, підготовлені цим методом, зазвичай вирізняються
кращою якістю завдяки можливості безпосередньо контролювати та коригувати
процес підготовки (потоншення) зразка за допомогою сканувальної електронної
мікроскопії.

а б

Рисунок 2.9. Електронний мікроскоп FEI Tecnai G2 F20 + GIF — а;
двопроменева аналітична система FEI Quanta 3D FEG — б.
2.7 Випробування на знос імплантованих зразків
У дослідженнях використовувалася машина тертя Tribometer компанії CSM
Instruments, Швейцарія (Рисунок 2.10). Ця машина тертя реалізує наступні
схеми випробувань: «стержень–диск», «стержень–пластина», «стержень–
втулка».

Рисунок 2.10. Машина тертя Tribometer, CSM Instruments, Швейцарія
48
Випробування можуть проводитися як у повітряному середовищі, так і в
рідких середовищах. Ці випробування відповідають міжнародним стандартам
ASTM G99–959, DIN 50324 і ISO 20808.
Безпосередньо під час випробування визначають коефіцієнт тертя пари, що
контактує: досліджуваний матеріал/контртіло. Контртіло — стержень діаметром
1,5 мм, виготовлений із сертифікованого матеріалу (Al₂O₃, SiC, WC, різні марки
сталей). Для визначення швидкості зносу матеріалу і контртіла проводяться
вимірювання: профілю вертикального перерізу канавки зносу, діаметра
майданчика зносу на контртілі.
Морфологію поверхонь зразків після випробувань на знос досліджували за
допомогою растрового електронного мікроскопа Carl Zeiss EVO 50.
2.8 Металографічні дослідження структури шару покриття після
електродугової металізації
Було проведено дослідження структури покриття, отриманого методом
електродугової металізації на підкладці зі сталі 45 із використанням
електродного дроту марки 40Х13.
Покриття, отримане газотермічним напиленням, є шаруватим
композиційним матеріалом, сформованим із деформованих частинок, які
з'єднуються по контактних поверхнях між напиленими частинками та
підкладкою. У структурі покриття виділяються елементи будови, які
відображають процеси, що відбуваються під час формування покриття. Ці
елементи розділені межами, які мають специфічні властивості.
Міцність зчеплення покриття з підкладкою визначається властивостями
межі поділу між ними. Властивості самого матеріалу покриття регламентуються
міцністю зчеплення окремих частинок, які формують покриття.
На Рисунку 2.11 представлено мікроструктури покриття, отриманого з
використанням електродного дроту марки 40Х13, у зоні, яка розташована
приблизно на рівні половини товщини напиленого шару.
На нетравлених шліфах напиленого шару покриття зі сталі 40Х13 добре
видно структуру, що складається з чергування дуже тонких хвилеподібних
49
прошарків білого та сірого кольорів. Очевидно, ці прошарки представляють
собою затверділий метал (білий колір) і оксиди (сірий колір).
Також спостерігаються ділянки зі змішаною структурою, що складаються з
металу та оксидів. Видно окремі частинки металу більш округлої форми, аж до
майже глобулярної. Крім того, присутні пори глобулярної форми, а також пори
у вигляді дисків.

а б
Рисунок 2.11. Мікроструктура металізаційного покриття, без травлення;
електродний дріт сталь 40Х13: а – х250; б – х625.
Виходячи з умов формування покриття, можна припустити, що
дископодібні пори утворюються між шарами через недостатнє змочування
шарів краплями розплавленого металу. Глобулярні пори формуються внаслідок
недостатнього заповнення затверділого шару.
Наявність оксидних плівок та великих пор у структурі напиленого шару
може сприяти відшаруванню металу за механізмом внутрішнього тертя, що, у
свою чергу, збільшує швидкість механічного зношування шару покриття [16].
При травленні шліфів було встановлено, що травник у першу чергу впливає
на тонкі прошарки металу в напиленому шарі. Глобули, великі частинки та
більш товсті шари металу травляться менше.
Слабке травлення світлих ділянок порівняно з іншими структурними
компонентами підтверджує припущення, що ці ділянки складаються з металу з
високим вмістом хрому. У глобулах і тонких шарах металу виявлено структуру
точкового характеру, схожу на структуру відпущеного мартенситу (Рисунок
2.12).
50

а б
Рисунок 2.12. Мікроструктура напиленого покриття після травлення, сталь
40Х13: 1 – метал; 2 – оксид.
Поєднання малого розміру частинок і їх високих швидкостей у момент
удару об підкладку або попередній шар покриття призводить до високих
швидкостей охолодження. Аналіз фазового складу металізаційних покриттів зі
сталі 40Х13 показав, що у структурі практично відсутні карбіди, хоча за
діаграмою рівноважного стану Fe–Cr–C для сталей типу 40Х13 структура має
складатися з α-фази та карбідів типу Me₂₃C₆ [15]. Можна припустити, що високі
швидкості охолодження перешкоджають виділенню карбідів із розчину.
Дослідження структури було доповнено вимірюванням мікротвердості по
всьому перерізу покриття, від підкладки до поверхні. Оскільки розміри ділянок
чистого металу та оксидів достатні для проведення вимірювань, мікротвердість
визначали як для ділянок чистого металу та оксидів, так і для змішаних ділянок,
що складаються з металу та оксидів.
На Рисунку 2.13 подано результати вимірювань мікротвердості покриттів зі
сталі 40Х13. Залежності мікротвердості від розташування точок вимірювань по
висоті шару не виявлено.
Для сталі 40Х13 мікротвердість ділянок чистого металу та змішаних
ділянок практично однакова. За товщиною шару вона є дуже нерівномірною та
змінюється від 5,3 до 6,4 ГПа. Мікротвердість оксидів має значення від 5 до 6
ГПа, що дещо перевищує твердість ділянок чистого металу. Сферичні частинки
(глобули) мають мікротвердість у межах 4,5–5,9 ГПа.
51

Рисунок 2.13. Мікротвердість напиленого покриття: 1 – 40Х13, чистий
метал і ділянки змішаної структури; 2 – 40Х13, оксиди
Послідовний хімічний аналіз покриттів показав, що за глибиною
напиленого шару вміст елементів є близьким, але в процесі напилення
спостерігається їх вигоряння у порівнянні з початковим складом (Таблиця 6).
Таблиця 6. Зміна хімічного складу напилюваного матеріалу під час
напилення

Можна відзначити, що кількість вуглецю, який вигорає, збільшується зі
зростанням його вмісту в початковому матеріалі.
Металографічні дослідження також показали, що на межі між напиленим
шаром і підкладкою спостерігаються відшарування покриття від підкладки, а
також тріщини, спрямовані як уздовж межі розділу підкладки і напиленого
шару, так і через товщину напиленого покриття (Рисунок 2.11).
52

Рисунок 2.14. Відшарування напиленого шару від підкладки (а) та дефекти
(тріщини і пористість) (б) всередині шару покриття при дозвуковій
електродуговій металізації сталі 45 дротом 40Х13
До можливих причин виникнення дефектів у напиленому шарі покриття та
на межі між напиленим шаром і підкладкою можна віднести такі фактори.
Відшарування напиленого шару від підкладки може виникати через порушення
геометрії напилюваної ділянки підкладки (гострі кути, порушення розмірів
радіусів заокруглень), а також через порушення якості підготовки
відновлюваної ділянки до напилення (недостатня шорсткість поверхні,
наявність слідів вологи чи жирових забруднень).
Тріщини у самому шарі покриття та його відшарування від поверхні
підкладки виникають через: окислення підкладки під час напилення; високі
внутрішні напруження у покритті; нерівномірну подачу напилюваного
матеріалу.

53
2.9 Просвічувальна електронна мікроскопія
Матеріал відновлюваного напиленням вала був представлений сталлю 45,
яка пройшла нормалізацію (гартування з 850 °С і високий відпуск при 550 °С).
Після нормалізації структура сталі 45 мала дрібнозернистий характер. Після
нормалізації тимчасовий опір сталі 45 становив близько 600 МПа за умовного
межового значення текучості 355 МПа та відносного подовження 16 %.
Нормалізація не забезпечує отримання сорбіту по всьому перерізу; сорбіт
утворюється лише на поверхні, тоді як у центрі, де швидкість охолодження
нижча, утворюється перліт. На Рисунку 2.15 наведено мікроструктуру сталі 45
після нормалізації.

Рисунок 2.15. Мікроструктура сталі 45 після нормалізації (х100)
Під час напилення покриття на підкладку зі сталі 45 здійснювався контроль
температури нагрівання підкладки. Температура напиленого покриття не
повинна перевищувати 90…100 °С. Для цього проходи напилення чергували з
проходами металізатора вздовж обертової деталі без подачі стисненого повітря.
Температуру покриття контролювали за допомогою контактних
термометрів ТК-5.01П з діапазоном вимірювання від –20 до +200 °С.
Для визначення впливу напилення на підкладку зі сталі 45 виконували
вимірювання мікротвердості підкладки в напрямку від поверхні вглиб
матеріалу. Для оцінки впливу кількості проходів при напиленні, необхідних для
отримання покриття потрібної товщини, вимірювання мікротвердості на шліфах
проводили після одного, двох, трьох, чотирьох і п'яти проходів.
54
На Рисунку 2.16 а показана макроструктура зразка для вимірювання
мікротвердості підкладки в напрямку від поверхні вглиб матеріалу, а на Рисунку
2.16, б — розподіл мікротвердості в поверхневому шарі підкладки після
напилення одного шару покриття дротом 40Х13.

а

б
Рисунок 2.16. Макроструктура поверхневого шару підкладки (а) при
напиленні покриття в один шар і розподіл мікротвердості (б) у поверхневому
шарі підкладки зі сталі 45.
Аналіз розподілу мікротвердості в поверхневому шарі підкладки показує,
що при напиленні одного шару покриття спостерігається тепловий вплив на
підкладку від потоку розпилених частинок дроту 40Х13. Такий тепловий вплив
55
призводить до відпалу поверхневого шару сталі 45 на глибину близько 0,35–0,40
мм.
Було проведено дослідження впливу кількості проходів при напиленні на
глибину шару, який піддається тепловому впливу з боку потоку напилюваних
частинок. Результати дослідження наведені на Рисунку 2.17.
З представленого рисунка видно, що збільшення кількості проходів при
напиленні для формування покриття необхідної товщини не суттєво впливає на
зростання ширини зони зниженої мікротвердості підкладки. Так, після другого
проходу ширина зони зниженої мікротвердості підкладки збільшилася до 0,45–
0,48 мм, а після третього проходу ця ширина стабілізується на рівні 0,50–0,53
мм.

Рисунок 2.17. Вплив кількості проходів при електродуговій металізації на
ширину зони зниженої мікротвердості підкладки зі сталі 45
Таким чином, можна відзначити, що на ширину зони зниженої
мікротвердості підкладки впливають лише перші два проходи під час
електродугової металізації.
2.10 Вплив хімічного складу електродного дроту на структуру та
властивості напиленого покриття
В рамках проведених досліджень вивчався вплив хімічного складу
електродних дротів на структуру та властивості покриттів: твердість,
56
пористість, міцність зчеплення покриття з підкладкою. Для напилення
використовувалися електродні дроти марок Св08ГА, 50ХФА, 20Х13, 40Х13,
15ГТЮЦА та 12Х18Н10Т. Хімічний склад цих марок електродних дротів за
основними легувальними елементами наведено в Таблиці 7.
Для напилення застосовували дроти діаметром 1,2–1,6 мм. Поверхню
підкладки, представлену у вигляді прутка діаметром 20 мм зі сталі 45, готували
шляхом очищення дротяними щітками та знежирення.
Таблиця 7. Хімічний склад електродних дротів за основними компонентами

На якість покриттів значний вплив мають їх пористість і газопроникність.
Пористість визначається методом гідростатичного зважування згідно з
ГОСТ 18898–73. Цей метод передбачає вимірювання об'єму і маси зразка у
повітрі та у рідині (зазвичай у воді) для визначення фактичної щільності
матеріалу, а також об'єму пор. На основі цих даних розраховується ступінь
пористості покриття, що дозволяє оцінити його придатність для експлуатації в
різних умовах, зокрема за підвищеного тиску або впливу агресивних середовищ.
У дослідах використовувалися зразки, аналогічні тим, що застосовуються
для випробувань на відрив методом конічного штифта. Для видалення штифта
без руйнування покриття необхідна низька міцність зчеплення між ними.
57
Для цього було запропоновано примусово окислювати торцеву поверхню
штифта для оцінки газопроникності алюмінієвих покриттів на сталевій поверхні
[19]. Перед нанесенням покриття торцева поверхня штифта піддавалася
дробоструминній обробці для моделювання шорсткості поверхні. Потім торець
штифта нагрівався на повітрі до температури 700–760 °C з витримкою 3–5 хв.
Таким чином, на поверхні утворювалася товста оксидна плівка, яка запобігала
розвитку хімічної взаємодії між матеріалами покриття і підкладки.
Штифт встановлювався у зразок, після чого здійснювалося напилення
покриття заданої товщини. Потім штифт провертався відносно зразка і
витягувався з отвору. Міцність зчеплення покриття з підкладкою оцінювалася
за методом штифта.
Вимірювання твердості отриманих покриттів виконувалося відповідно до
методу Роквелла (ГОСТ 9013–59). При цьому методі в поверхню
досліджуваного покриття вдавлювався алмазний індентор у вигляді конуса з
кутом при вершині 120°. Випробування проводилися при навантаженні 1500 Н.
Результати вимірювань представлені на Рисунку 2.18.
Дані вимірювань показали, що найбільш високі значення твердості
напиленого шару досягалися при використанні електродних дротів марок 40Х13
і 50ХФА.
Вимірювання пористості газотермічних покриттів, отриманих із
використанням електродного дроту різних марок, методом гідростатичного
зважування проводилося у такій послідовності:
- визначення маси зразка з покриттям (m) у сухому стані;
- пропитування зразка з покриттям у гасі протягом 24 годин.
58

Рисунок 2.18. Вплив марки електродного дроту на твердість напиленого
шару
Масу підкладки можна визначити, обчисливши її об'єм і помноживши на
густину сталі 45, або шляхом віднімання з загальної маси зразка маси покриття,
попередньо вимірявши його товщину.
У Таблиці 8 наведено результати вимірювання відкритої пористості
покриттів, отриманих із використанням різних електродних дротів за однакових
режимів напилення.
Як видно з даних, представлених у таблиці, рівень відкритої пористості для
всіх застосованих марок електродного дроту значно відрізняється і знаходиться
в межах 5,56–19,71%.
Таблиця 8. Результати вимірювання відкритої пористості покриттів,
отриманих із використанням різних електродних дротів
59

Можна відзначити, що обидва використані у роботі методи визначення
відкритої пористості покриттів для різних електродних дротів дають близькі
результати. У ряді випадків відкрита пористість для однієї й тієї ж марки
електродного дроту була більшою за методом гідростатичного зважування, а в
інших — за методом Н.М. Масловського.
Найменші значення відкритої пористості спостерігаються для електродних
дротів марок 12Х13, Св08ГА, 20Х13 та 15ГТЮЦА. Дуже значна відкрита
пористість відзначена для електродних дротів марок 12Х18Н10Т, 40Х13 і
особливо 50ХФА.
Враховуючи, що електродні дроти 40Х13 і 50ХФА дозволили сформувати
напилений шар із високою твердістю, що сприятиме підвищенню зносостійкості
деталей, таке стан потребує розробки спеціальних технологічних заходів для
зниження частки відкритої пористості.
Міцність зчеплення покриття з підкладкою визначається властивостями
межі розділу між ними. Властивості самого матеріалу покриття
регламентуються міцністю зчеплення окремих частинок, що формують
покриття.
Зчеплення покриття з підкладкою називають адгезією, а зчеплення
частинок між собою у покритті — когезією. У разі навантаження газотермічного
покриття рівномірним розтягуючим зусиллям виникає руйнування адгезійно-
когезійного характеру.
60
Зазначені випробування називають оцінкою міцності зчеплення покриття з
підкладкою, а характеристикою міцності зчеплення покриття з підкладкою є
міцність зчеплення.
На Рисунку 2.19 представлені результати випробувань на міцність
зчеплення з підкладкою, визначеної за методом штифта, залежно від марки
електродного дроту, що використовується для створення покриття.

Рисунок 2.19. Міцність зчеплення покриття з підкладкою зі сталі 45,
визначена за методом штифта, залежно від марки електродного дроту
Результати виконаних випробувань показали, що міцність зчеплення
напиленого покриття з підкладкою зі сталі 45 залежно від марки використаного
електродного дроту змінюється в діапазоні 17,7–22,8 МПа.
Найвищим значенням міцності зчеплення покриття з підкладкою
характеризуються покриття, нанесені дротами марок 20Х13, 50ХФА, 40Х13 та
15ГСТЮЦА.
На міцність зчеплення напиленого покриття з підкладкою значний вплив
має відстань між напилюваною поверхнею підкладки та зрізом сопла
металізатора (дистанція напилення).
На Рисунку 2.20 наведена залежність міцності зчеплення покриття з
підкладкою, визначена для напилення дротом 40Х13, залежно від дистанції
напилення.
61

Рисунок 2.20. Вплив дистанції напилення на міцність зчеплення покриття
з підкладкою (електродний дріт 40Х13)
Аналіз отриманої залежності показує, що при відстані між зрізом сопла
металізатора та підкладкою, яка напилюється, понад 140 мм спостерігається
значне зниження міцності зчеплення покриття з підкладкою. Це, ймовірно,
зумовлено окисленням підкладки в процесі металізації та порушенням зв'язку
між напиленим шаром і підкладкою через утворення оксидів.
Аналіз структури напилених покриттів у зоні межі між покриттям і
підкладкою показав, що в багатьох випробуваних зразках присутні
відшарування покриття або тріщини вздовж межі покриття з підкладкою. Таким
чином, залишаються актуальними заходи щодо підвищення міцності зчеплення
напиленого покриття з підкладкою.
2.11 Вплив марки електродного дроту на зносостійкість напиленого
покриття
Метод випробувань на зносостійкість базується на чинній методиці
порівняльної оцінки триботехнічних характеристик (лінійного і вагового зносу,
коефіцієнта тертя, інтенсивності зношування) зразків, які випробовуються в
умовах тертя без мастила.
62
Було проведено два типи випробувань оброблених зразків у режимі сухого
тертя. Перший тип випробувань проводився за схемою "кулька–диск" (Рисунок
2.21) на високотемпературному трибометрі CSM-Instruments SA THT.
Ця методика дозволяє дослідити:
- залежність коефіцієнта тертя від навантаження і температури;
- вплив поверхневих властивостей покриттів на зносостійкість і
триботехнічні характеристики.
Результати випробувань дозволяють оцінити ефективність отриманих
покриттів в умовах сухого тертя, що є ключовим для визначення їх придатності
у високонавантажених механізмах.

Рисунок 2.21. Схема випробувань на тертя без мастила на
високотемпературному трибометрі CSM-Instruments SA THT
Як контртіло використовувалися кульки з конструкційної підшипникової
сталі ШХ15 діаметром 6,0 мм із твердістю HRC = 62, а як досліджуваний зразок
— диск зі сталі 45 із напиленим покриттям діаметром 50,0 мм.
Режим випробувань: Питоме навантаження: 8 МПа. Осьове зусилля: Pmax
= 750 Н. Швидкість обертання шпинделя: n = 250 об/хв.
Результати випробувань (Рисунок 2.22) показали, що в умовах тертя без
мастила найбільшу зносостійкість продемонстрували зразки з покриттями,
отриманими з електродних дротів 40Х13 і 50ХФА [45, 46].
63
Дані щодо інтенсивності зношування та коефіцієнта тертя покриттів,
отриманих із різних електродних дротів, наведені в Таблиці 13.
Беручи до уваги раніше отримані результати про вплив марки електродного
дроту на міцність зчеплення покриття з підкладкою та твердість напиленого
покриття, для відновлення колінчастих валів методом електродугової
металізації можна рекомендувати дріт 40Х13.

Рисунок 2.22. Лінійний знос покриттів на сталі 45, напилених із
використанням різних електродних дротів
Таблиця 13. Коефіцієнт тертя та інтенсивність зношування покриттів,
напилених із використанням різних електродних дротів на сталь 45

Висновки до розділу 2
1. Металографічні дослідження показали, що покриття, отримане
методом електродугової металізації, є шаруватим матеріалом, сформованим
деформованими частинками, з'єднаними між собою та з підкладкою через
контактні поверхні. Покриття, отримане електродуговою металізацією,
64
характеризується високою пористістю та низькою адгезією, спостерігається
локальне відшарування від підкладки та утворення тріщин у шарі покриття.
2. Встановлено, що в процесі металізації відбуваються втрати
легувальних елементів електродного дроту, особливо вуглецю та хрому.
Втрати вуглецю зростають зі збільшенням його початкового вмісту в
електродному дроті.
3. Залежно від хімічного складу електродного дроту рівень
відкритої пористості варіюється в межах 5,56–19,71%.
4. Під впливом теплового потоку напилених частинок
спостерігається відпуск поверхні підкладки зі сталі 45 на глибину до 0,4 мм
від поверхні. Збільшення кількості проходів до п’яти при напиленні
покриття необхідної товщини призводить до подальшого зростання товщини
зони зі зниженою мікротвердістю до 0,50–0,55 мм.
5. З досліджених марок електродних дротів найвищі значення
міцності зчеплення з підкладкою на рівні 20,4–22,8 МПа продемонстрували
дроти марок 20Х13, 40Х13 та 15ГТЮЦА.
6. Міцність зчеплення покриття з підкладкою значною мірою
залежить від технології підготовки поверхні підкладки до металізації.
Найефективнішим способом підготовки поверхні виявилася обробка
абразивними кругами.
7. Збільшення швидкості транспортуючого газового потоку зі 155
до 355–520 м/с сприяє зменшенню розміру напилених частинок до 30–60
мкм та підвищенню міцності зчеплення покриття з підкладкою до 50,5–53,1
МПа при відкритій пористості 2,5–3,7%.
8. За результатами трибологічних випробувань для напилення
покриттів на сталь 45 рекомендовано використовувати електродний дріт
40Х13 при швидкості транспортуючого газового потоку 355–460 м/с у
поєднанні з аерозольним флюсуванням.

65
Розділ 3. Дослідження впливу іонної імплантації
3.1 Результати дослідження глибини проникнення іонів при
імплантації сталі 45 та напиленого покриття
За допомогою спектрометрії та методу вторинної іонної мас-спектрометрії
досліджено глибину проникнення іонів міді, титану та свинцю при імплантації
в сталь 45 та шар газотермічного покриття на основі електродного дроту
50ХФА. Дослідження проводилися при значеннях флюенсу імплантації 10¹⁷,
5×10¹⁷ та 10¹⁸ см⁻².
Отримано залежності інтенсивності вторинних іонів (I, од. рах./с) від
глибини іонно-легованого шару (h, нм).
При імплантації сталі 45 іонами міді з флюенсом 10¹⁷ см⁻² спостерігається
пік концентрації міді на рівні 50–60 нм від опромінюваної поверхні (Рисунок
3.1).

Рисунок 3.1. Розподіл іонів міді, заліза та вуглецю в іонно-легованому
шарі сталі 45 після імплантації з флюенсом 10¹⁷ см⁻²
На глибині 50 нм від поверхні зразка інтенсивність іонів становить 2,5×10²
іон/с, тоді як на поверхні спостерігається 7×10³ іон/с. В інтервалі глибини
100…200 нм значних змін у розподілі іонів міді не відбувається. На глибині
понад 250 нм від поверхні мішені присутність іонів міді практично не
спостерігається.
При спільній імплантації іонів міді та свинцю у складі монотектичного
сплаву 64Cu–36Pb спостерігається збільшення проникнення іонів цих елементів
у два рази (Рисунок 3.2). Максимальне насичення імплантованих елементів
66
припадає на поверхню і знижується з глибиною до 50 нм. На глибині від 50 нм
до 450 нм шар рівномірно насичений міддю. Концентрація вуглецю знаходиться
в одному порядку з концентрацією міді. Концентрація свинцю на цій глибині
значно нижча за концентрацію міді і нестабільна.

Рисунок 3.2. Розподіл іонів міді, заліза, вуглецю та свинцю в іонно-
легованому шарі сталі 45 після імплантації з флюенсом 10¹⁷ см⁻² при
використанні катода зі сплаву 64Cu–36Pb
Отримані результати показують, що при імплантації сталі 45 іонами
свинцю та міді із використанням як матеріалу катода монотектичного сплаву
64Cu–36Pb спостерігається суттєве збільшення глибини проникнення
імплантованих елементів.
Це явище, ймовірно, пов’язане з формуванням великої кількості
радіаційних дефектів у мішені. Ці дефекти створюють канали, через які іони міді
проникають у метал мішені на більшу глибину в порівнянні з імплантацією
лише іонами міді за однакового значення флюенсу імплантації.
Наступна серія експериментів включала імплантацію іонів титану та сплаву
64Cu–36Pb з варіюванням величини флюенсу імплантації. За допомогою Оже-
спектрометрії визначали положення максимуму концентрації імплантованих
елементів, значення цієї максимальної концентрації та товщину іонно-
легованого шару.

67
Імплантації піддавалися зразки зі сталі 45, сталі 50ХФА та зразки покриття,
отриманого на сталі 45 в результаті електродугової металізації з використанням
електродного дроту зі сталі 50ХФА.
Вибір іонів титану та монотектичного сплаву 64Cu–36Pb здійснювався на
основі аналізу результатів досліджень впливу іонної імплантації на трибологічні
властивості сталі 30ХГСН2А [37, 44].
Результати досліджень представлені в Таблиці 14.
Висновки за результатами аналізу:
Збільшення флюенсу імплантації сприяє збільшенню товщини іонно-
легованого шару. Ця закономірність спостерігається як при імплантації титану,
так і при імплантації іонів сплаву 64Cu–36Pb.
Товщина іонно-легованого шару при імплантації шару газотермічного
покриття на основі сталі 50ХФА на 28–45% перевищує товщину шару при
імплантації компактних сталей 45 і 50ХФА.
Зі збільшенням флюенсу імплантації спостерігається зміщення положення
піка максимальної концентрації впроваджуваної домішки вглиб матеріалу
мішені.
Максимальна концентрація імплантованих іонів зростає зі збільшенням
флюенсу, хоча її абсолютні значення залежать від типу імплантованої домішки.
За однакових значень флюенсу імплантації товщина іонно-легованого шару
та положення максимумів концентрації впроваджуваної домішки при облученні
іонами матеріалу катода з 64Cu–36Pb перевищують відповідні показники при
імплантації іонами титану.
Імплантація двох типів іонів є більш ефективним заходом для збільшення
глибини проникнення в матеріал мішені та товщини іонно-легованого шару.
Таблиця 14 Вплив флюєнсу імплантації та сорту імплантованих іонів на
параметри іонно-легованого шару
68

69

Для обґрунтування вибору варіанту імплантації напиленого покриття на
сталі 45 було проведено серію експериментів з опромінення досліджуваних
зразків іонами титану, міді та свинцю. Як критерій оцінки було обрано зміну
топології поверхні, яка визначалася за допомогою електронної мікроскопії.
На Рисунку 3.3, а представлено мікрофотографію шару покриття на сталі
45 після механічної обробки (шліфування).

а б
Рисунок 3.3 Мікрофотографії
поверхні зразків сталі з покриттям із
сталі 50ХФА за різних варіантів
обробки (х3000):
а – покриття після шліфування
абразивним кругом;
б – покриття після імплантації
титаном;
в – покриття після імплантації іонами
монотектичного сплаву 64Cu–36Pb.
Флюенс імплантації 5•10¹⁷ см⁻².
в
70
Під час імплантації іонів титану на поверхні зразка покриття з’являються
краплеподібні утворення (Рисунок 3.3, б).
Спільна імплантація іонів міді та свинцю (Рисунок 3.3, в) ініціює утворення
поверхні зразка у вигляді системи окремих мікрофрагментів розміром 1,2–1,4
мкм. Межі зерен стають слабко вираженими. Оцінка середнього розміру зерен
показала величину близько 2,3 мкм.
Були зняті профілограми поверхні покриття на сталі 45 після шліфування
та імплантації різними сортами іонів із флюенсом 5•10¹⁷ см⁻².
Обробка профілограм для визначення класу чистоти поверхні
здійснювалася за методикою, викладеною в ГОСТ 2789–73.
Висота мікровиступів на зразку сталі 45 із покриттям зі сталі 50ХФА після
шліфування знаходиться в межах від 0,1 до 0,8 мкм, кут загострення в основі
становить 170–175°, а радіус заокруглення вершин у напрямку шліфування —
80–250 мкм, у поперечному напрямку — 60–600 мкм.
Після імплантації іонів міді та свинцю мікрогеометрія поверхні сталі 45 із
напиленим шаром покриття суттєво змінюється. Середня висота нерівностей
досягає вже 0,5–1,8 мкм. Геометричні характеристики поверхні зразків сталі 45
із покриттям після іонної імплантації представлені в Таблиці 15.
Таблиця 15 Геометричні характеристики поверхні зразків стали 45 з
напиленим покриттям після іонної імплантації.

Імплантація титану супроводжується формуванням на поверхні зразка
мікровиступів у формі борозенок з висотою 3–6,5 мкм, кутом загострення в
основі 140–150° та радіусом заокруглення вершин у напрямку шліфування 60–
140 мкм.
71
Найнижча шорсткість поверхні спостерігається у зразків після спільної
імплантації міді та свинцю з використанням у якості матеріалу катода
імплантера монотектичного сплаву 64Cu–36Pb.
3.2 Мікроструктура іонно-легованого шару покриття, нанесеного на
сталь 45 після іонної імплантації титаном
Для дослідження за допомогою просвічуючого електронного мікроскопа
виготовлення фольг здійснювалося з використанням фокусованого іонного
пучка (FIB) на обладнанні FEI Quanta 3D FEG з роздільною здатністю 5 нм.
Перпендикулярно до поверхні вирізався клин розміром 8×8×0,1 мкм, який
вилучався за допомогою маніпулятора та переносився на мідну підкладку з
мікротримачем. Вилучений зразок приварювався платиновим іонним пучком до
мікротримача. Мідний півдиск мав діаметр 3 мм.
Структуру і фазовий склад іонно-легованого шару напиленого покриття
досліджували методом просвічуючої електронної мікроскопії на приладі Tecnai
G2 20 (компанія FEI, США) при напрузі 200 кВ, із катодом із гексабориду
лантану, який забезпечує роздільну здатність 0,19 нм.
Загальна структура клина, вирізаного з поверхні покриття на сталі 45,
імплантованої іонами титану, представлена на Рисунку 3.4. На фотографії чітко
видно шари з різною структурою.
Як видно з Рисунка 3.4, у результаті імплантації іонів титану в
поверхневому шарі покриття сталі 45 формується складна багатошарова
структура, яка складається з кількох добре диференційованих зон.
Перша зона, розташована ближче до поверхні зразка, має товщину
приблизно 0,55–0,78 мкм і характеризується високим ступенем фрагментації
структури.
72

Рисунок 3.4. Мікроструктура поверхневого шару покриття на сталі 45
після імплантації іонами титану (масштабна лінійка = 0,5 мкм)
У структурі спостерігаються окремі кластери, і за сорбційним контрастом
можна припустити, що вони, ймовірно, містять титан. Це підтверджується
даними електронограм (Рисунок 3.5, б), отриманих з цих ділянок.

Рисунок 3.5. Мікроструктура першої зони (а) і картина мікродифракції в
цій зоні (б) (масштабна лінійка = 100 нм)
Друга зона привертає увагу наявністю у іонно-легованому шарі світлої
смуги товщиною 22–45 нм, яка має досить протяжні розміри і проходить
паралельно до поверхні (Рисунок 3.6).
73

Рисунок 3.6. Світла смуга в межах другої зони іонно-легованого шару
покриття на сталі 45 (масштабна лінійка 50 нм)
На знімках високої роздільної здатності, зроблених зі світлої смуги, видно,
що ця зона має дрібнокристалічну структуру з присутністю невеликого об'єму
(8–10%) аморфної складової.
З аналізу дифракційних картин можна зробити висновок, що світла смуга є
областю з підвищеною концентрацією титану. Враховуючи велику кількість
ліній, які лежать в інтервалі міжплощинних відстаней 0,278–0,633 нм, можна
припустити утворення проміжних нерівноважних фаз за типом молекулярних
сполук.
Особливий інтерес викликають округлі частки розміром у межах 5–10 нм
(Рисунок 3.7). За сорбційним контрастом можна зробити висновок, що вони
складаються переважно з заліза та титану. Інтерметалідні сполуки в межах
іонно-легованого шару, ймовірно, мають склад TiFe і TiFe₂. Відзначені
інтерметалідні сполуки характеризуються підвищеною твердістю, що позитивно
впливає на зносостійкість опромінених зразків.
Третя зона представлена кристалами пакетно-пластинчастого (рейкового)
мартенситу (Рисунок 3.8, а) із розвиненою дислокаційною структурою. При
цьому дислокації розподілені нерівномірно, зустрічаються області з великою
скалярною щільністю дислокацій (Рисунок 3.8, б).
74

Рисунок 3.7. Мікроструктура зони зі світлою смугою (масштабна лінійка
10 нм)

Рисунок 3.8. Мікроструктура третьої зони (а, масштабна лінійка 0,2 мкм) і
дислокаційна структура в даній зоні (б, масштабна лінійка 50 нм)
Аналіз структури іонно-легованого шару дозволяє зробити висновок, що в
результаті імплантації поверхні напиленого шару сталі 45 іонами титану в
тонкому поверхневому шарі відбуваються значні концентраційні зміни,
пов’язані з фрагментацією структури та наноструктуруванням, а також
утворенням кластерів із впровадженої домішки та інтерметалідних сполук.
При цьому вплив імплантації поширюється на значну глибину, викликаючи
зміни дислокаційної структури приповерхневого шару безпосередньо під іонно-
легованим. Це може бути пов’язано з генерацією дислокацій у поверхневому
шарі та їх рухом під впливом внутрішніх механічних напружень, джерелом яких
є впроваджені атоми імплантованої домішки.
75
Результати досліджень зміни дислокаційної структури мішені в підшарі,
розташованому безпосередньо під іонно-легованим шаром, показали, що іонна
імплантація атомів титану викликає еволюцію дислокаційної структури
напиленого шару покриття на основі сталі 50ХФА.
Іонна імплантація призводить до суттєвого зростання скалярної густини
дислокацій у поверхневому шарі мішені з напиленого шару покриття на основі
сталі 50ХФА. У вихідному стані скалярна густина дислокацій перебувала на
рівні 3,9•10⁹ см⁻².
Опромінення мішені іонами титану з флюенсом 1•10¹⁷ см⁻² призводить до
зростання скалярної густини дислокацій до 6,4•10⁹ см⁻². Поступове збільшення
флюенсу опромінення до 5•10¹⁷ та 1•10¹⁸ см⁻² викликає зростання скалярної
густини дислокацій до 9,2•10⁹ та 1,3•10¹⁰ см⁻² відповідно.
Окрім зростання скалярної густини дислокацій, спостерігається утворення
дислокаційних субструктур. При цьому характер дислокаційних субструктур
зазнає еволюції від хаотичних скупчень до клубкових утворень.
Дослідження також показали, що змінюються як величина скалярної
густини дислокацій, так і характер дислокаційних субструктур у міру зміщення
від поверхні вглиб опроміненої мішені. На рисунку 3.9 показано зміну
дислокаційної структури зі збільшенням відстані від поверхні напиленого шару
покриття, імплантованого іонами титану.

76

Рисунок 3.9. Зміна дислокаційної
структури із збільшенням відстані
від поверхні мішені з газотермічного
покриття на сталі 45,
імплантованого іонами титану;
відстань від опромінюваної
поверхні, мкм:
а – 0,4; б – 10; в – 18; г – 40; д – 75
(х18 000)

У міру віддалення від поверхні мішені в межах підшару з підвищеною
скалярною густиною дислокацій спостерігається зміна типу дислокаційних
субструктур: від комірчастої, комірчасто-сітчастої, клубкової та сітчастої до
дислокаційних скупчень і чисто хаотичної структури.
3.3 Вплив іонної імплантації на трибологічні характеристики сталі 45
та газотермічного покриття
Тертя між поверхнями, що контактують і переміщуються одна відносно
одної, визначається мікроскопічними параметрами трутьсячих поверхонь.
Відповідно до класичних уявлень про механізм механічного тертя,
вважається, що воно виникає внаслідок взаємодії між нерівностями поверхонь.
Під час відносного переміщення поверхонь, що контактують, між їхніми
мікронерівностями виникають зусилля, які призводять до механічного
руйнування мікронерівностей та до підвищення температури контактуючих
поверхонь. Таким чином, щоб знизити коефіцієнт тертя методом іонної
імплантації, впроваджені атоми та дефекти мають забезпечити структуру і
властивості контактуючих поверхонь, які є енергетично більш вигідними з
точки зору їх взаємодії під час відносного руху.
77
Випробування зносостійкості іонно-модифікованої поверхні
Випробування зносостійкості іонно-модифікованої поверхні зразків із сталі
45 проводилися на універсальній машині тертя УМТ2168. Навантаження
притискання зразків до контртіла складало 200 Н, частота обертання — 250 хв⁻¹.
Зразки для випробувань виготовлялися у Т-подібній формі (діаметр робочої
поверхні — 12 мм), радіус окружності контакту зразка із контртілом становив
90 мм. Схема випробувань представлена на Рисунку 3.10.
Методика визначення зносу
Знос матеріалу залежно від пройденого шляху тертя визначали ваговим
методом за зміною маси зразка після випробувань. Вимірювання проводилося
на аналітичних вагах марки ВЛР-200. Під час контакту досліджуваного зразка з
абразивним контртілом відбувалося зменшення маси зразка, що є одним із
показників його зносостійкості [18].

Рисунок 3.10. Схема випробувань на знос імплантованих зразків зі сталі 45
без покриття та з газотермічним покриттям на основі сталі 50ХФА.
На Рисунку 3.11 представлено залежність величини вагового зносу G (мг)
від тривалості випробувань та гістограма відносного вагового зносу
випробуваного зразка відносно вихідного стану матеріалу.
Зменшення кута нахилу прямих до осі абсцис на графіках свідчить про
зменшення зносу зразка в процесі тертя і, відповідно, про підвищення його
зносостійкості. Представлені експериментальні дані свідчать, що іонна
імплантація сприяє підвищенню зносостійкості сталі 45.
78
На основі аналізу відносного зносу сталі 45 після імплантації іонами титану
можна зазначити, що найбільше підвищення зносостійкості досліджуваної сталі
відзначається при флюєнсі імплантації в діапазоні (1–6)•1017 см–2.

а

б
Рисунок 3.12. Ваговий знос сталі 45 (а) та її відносний ваговий знос (б)
після опромінення іонами титану (випробування протягом 60 хвилин):
1 – необроблений зразок; 2 – флюенс імплантації 5•1016 іон/см2; 3 –
флюенс імплантації 1017 іон/см2; 4 – флюенс імплантації 5•1017 іон/см2
На Рисунку 3.12 представлені результати випробувань зразків сталі 45 після
опромінення іонами міді та свинцю за використання в якості матеріалу катода
імплантера монотектичного сплаву 64Cu–36Pb.
79
На Рисунку 3.12 представлені результати випробувань зразків сталі 45 після
опромінення іонами міді та свинцю з використанням як матеріалу катода
імплантера монотектичного сплаву 64Cu–36Pb.

а

б
Рисунок 3.12. Вага втрати сталі 45 (а) та її відносна вага втрати (б) після
опромінення іонами монотектичного сплаву 64Cu–36Pb (випробування
тривалістю 60 хвилин): 1 – неопромінений зразок; 2 – флюенс імплантації
5•10¹⁶ іон/см²; 3 – флюенс імплантації 10¹⁷ іон/см²; 4 – флюенс імплантації
5•10¹⁷ іон/см².
Опромінення сталі 45 іонами міді та свинцю за використання в якості
катода імплантера монотектичного сплаву 64Cu–36Pb також забезпечує
підвищення зносостійкості імплантованих зразків. Водночас слід зазначити, що
80
підвищення зносостійкості сталі 45 у цьому випадку поступається варіанту
опромінення іонами титану. Імовірно, це пов’язано з генерацією вакуумно-
дуговим іонним джерелом потоку свинцю у вигляді нейтрального пару або
мікрокрапель [13, 14].
В Таблиці 16 наведено експериментальні дані щодо величини коефіцієнта
тертя, отримані в межах цієї роботи.
Таблиця 16 Вплив іонної імплантації на коефіцієнт тертя сталі 45

З наведених у таблиці даних видно, що імплантація іонів титану, міді та
свинцю сприяє зниженню коефіцієнта тертя сталі 45 в умовах випробувань.
Для підвищення зносостійкості деталей зі сталі 45, зокрема шатунних
шийок колінчастих валів, доцільно проводити іонну імплантацію їх
поверхневого шару іонами титану або сплаву 64Cu–36Pb при флюенсі (1–5)•10¹⁷
см⁻².
Іонній імплантації піддавалися зразки зі сталі 45, на поверхню яких було
нанесено методом електродугової металізації покриття на основі дроту марки
50ХФА. Після електродугової металізації та шліфування поверхні зразків
обробляли іонами титану та монотектичного сплаву 64Cu–36Pb. Значення
флюенсу імплантації становили (0,5–5)•10¹⁷ см⁻².
На Рисунку 3.13 представлено залежність величини зносу від тривалості
випробувань та гістограми відносного вагового зносу при імплантації покриття
на основі дроту марки 50ХФА іонами титану.
81

а

б
Рисунок 3.13. Ваговий знос покриття на основі сталі 50ХФА (а) та його
відносний ваговий знос (б) після опромінення іонами титану (випробування
протягом 70 хвилин): 1 – необроблений зразок; 2 – флюенс імплантації 5•10¹⁶
іон/см²; 3 – флюенс імплантації 10¹⁷ іон/см²; 4 – флюенс імплантації 5•10¹⁷
іон/см².
Під час імплантації іонами титану спостерігається різке зниження вагового
зносу напиленого покриття зі сталі 50ХФА (Рисунок 3.14, а).
Збільшення флюенсу імплантації титану в сталь 50ХФА у діапазоні
5•10¹⁶...5•10¹⁷ см⁻² суттєво впливає на відносний ваговий знос, який досягає
найменшого значення при флюенсі 5•10¹⁷ см⁻² (Рисунок 3.13, б).
Під час імплантації іонами монотектичного сплаву 64Cu–36Pb
спостерігається зниження вагового зносу зразків, але трохи менше, ніж у разі
імплантації іонами титану (Рисунок 3.14, а).
82
Варіювання величини флюенсу імплантації у діапазоні 5•10¹⁶...5•10¹⁷ см⁻²
не чинить суттєвого впливу на відносний ваговий знос, хоча помітно, що при
флюенсі імплантації 5•10¹⁷ см⁻² спостерігається певне збільшення величини
відносного зносу (Рисунок 3.14, б).

а

Рисунок 3.14. Ваговий знос покриття на основі сталі 50ХФА (а) та його
відносний ваговий знос (б) після опромінення іонами монотектичного сплаву
64Cu–36Pb (випробування протягом 70 хвилин): 1 – необроблений зразок; 2 –
флюенс імплантації 5•10¹⁶ іон/см²; 3 – флюенс імплантації 10¹⁷ іон/см²; 4 –
флюенс імплантації 5•10¹⁷ іон/см².
Отримані результати свідчать про те, що іонне опромінення напилюваного
покриття зі сталі 50ХФА іонами титану та іонами монотектичного сплаву 64Cu–
83
36Pb дало найбільший ефект у підвищенні зносостійкості, ніж імплантація іонів
інших елементів.
При опроміненні іонами монотектичного сплаву 64Cu–36Pb
спостерігається зниження зносостійкості при флюенсі імплантації 5•10¹⁷ см⁻².
Це пов’язано з утворенням вкраплень свинцю у поверхневий шар сталі
внаслідок генерації вакуумно-дуговим іонним джерелом потоку свинцю у
вигляді нейтрального пару та мікрокрапель.
3.4 Відновлення валу приводу компресора кліматичної установки
пасажирського вагона
Для відновлення валу приводу компресора кліматичної установки
пасажирського вагона використовувався процес електродугової металізації,
заснований на плавленні двох дротів-електродів електричним струмом,
розпиленні отриманих рідких крапель металу струменем стисненого повітря на
частинки та перенесенні їх на поверхню відновлюваного валу.
Для металізації застосовувався стаціонарний металізатор ЕДМ-5М.
Відновлення валу здійснювалося за рівномірного його обертання зі швидкістю
40–150 об/хв та подовжнього переміщення металізатора вздовж напилюваної
шийки валу. Для живлення електричної дуги металізатора використовувалося
джерело живлення постійного струму з жорсткою вольт-амперною
характеристикою при номінальному значенні струму 500 А марки ВДУ-506.
Для металізації використовувався дріт діаметром 1,6 мм марки 50ХФА.
Режим напилення характеризувався такими параметрами:
- тиск стисненого повітря – 0,5…0,6 МПа;
- напруга дуги – 30…32 В;
- струм дуги – 260…280 А;
- дистанція напилення – 130…140 мм;
- подовжня подача металізатора – 165…170 мм/хв;
- кількість обертів валу – 90…95 об/хв.
Під час напилення використовувалося повітря, що пройшло через масло- і
вологовідділювач.
84
Температура напилюваного шару підтримувалася на рівні не вище 100 °С.
Для цього здійснювалося чергування проходів напилення з проходами
металізатора вздовж напилюваної поверхні валу без подачі стисненого повітря.
Температуру шару покриття контролювали за допомогою контактних
термометрів.
При оптимальному налаштуванні металізатора і належній якості
електродного дроту процес металізації відзначається високою стабільністю.
Покриття має однорідний колір і дисперсність без приливів, великих крапель і
пережогів. У разі нестійкої подачі електродного дроту, його значного
викривлення або поганого електричного контакту на металізаторі та
направляючих можливий викид на відновлювану поверхню великих крапель
металу. У такому випадку процес металізації припиняють, великі краплі
видаляють зубилом або загостреною викруткою з чистими кромками, після чого
процес напилення відновлюють, починаючи з місця його зупинки.
На Рисунку 3.15 зображено зовнішній вигляд шийок валу приводу
компресора кліматичної установки пасажирського вагона безпосередньо після
електродугової металізації.

Рисунок 3.15. Зовнішній вигляд шийок валу приводу компресора
кліматичної установки пасажирського вагона безпосередньо після
електродугової металізації.
85
Токарна обробка напиленого шару покриття виконувалася за твердості
покриття до HRC40. Використовуються різці з пластинами із твердого сплаву
(ВК8).
Під час токарної обробки знімаються нерівності з поверхні напиленого
шару покриття. При цьому точіння проводиться від середини шийок валу до
їхніх країв. Обробка покриття виконується до розміру на 0,15…0,20 мм більше
номінального значення. Цей припуск необхідний для проведення операції
шліфування покриття. Режим токарної обробки: швидкість обертання валу –
60…80 об/хв; подовжня подача різця – 0,2…0,3 мм/об; поперечна подача різця
– 0,3…1,0 мм.
Шліфування покриття виконувалося кругами марки К3 зернистістю М25 і
твердістю СМ1-СТ1 згідно з ГОСТ 2424-83. Охолодження валу здійснювалося
водою з 5% емульсолом Е-2 при витраті 2,5…3,5 л/хв. Режим шліфування:
швидкість круга – 30…35 м/с; швидкість деталі – 30…32 м/хв; подовжня подача
– 1,2…1,5 м/хв; поперечна подача – 0,006…0,016 мм. Гострі краї покриття
закруглювалися радіусом 1,0…2,0 мм.
Відновлені вали підлягають контролю зовнішнього вигляду напилених і
оброблених шийок, контролю товщини шару покриття та геометричних
розмірів. У деяких випадках проводиться контроль твердості напиленого
покриття.
Контроль зовнішнього вигляду виконується для виявлення дефектів
покриття: несуцільностей, відколів, відшарувань, поверхневих тріщин, пор.
Контроль здійснюється за допомогою лупи зі збільшенням у 2,5; 4; 7 або 10
разів. Поверхня напиленої шийки валу має бути однорідного матово-сірого
кольору, без темних плям.
Геометричні розміри валу з покриттям вимірюють за допомогою
мікрометра та штангенциркуля. Товщину шару покриття на відновлених шийках
валу вимірюють штангенциркулем згідно з ГОСТ 166-80, мікрометром згідно з
ГОСТ 6507-78 або іншими товщиномірами з відповідними метрологічними
характеристиками.
86
Твердість металу покриттів визначали за шкалою Віккерса відповідно до
ГОСТ 2999-75, за шкалою Роквелла згідно з ГОСТ 9013-59 на поперечних
шліфах. Мікротвердість покриття визначали за методикою, описаною в ГОСТ
9450-76, за допомогою приладу ПМТ-3.
На рисунку 3.16 представлено зовнішній вигляд шийок валу приводу
компресора кліматичної установки пасажирського вагона після електродугової
металізації та механічної обробки (токарної обробки і шліфування).

Рисунок 3.16. Зовнішній вигляд шийок валу приводу компресора
кліматичної установки пасажирського вагона безпосередньо після
електродугової металізації та механічної обробки

Металографічний аналіз шару покриття на шийках валу, отриманого
методом електродугової металізації, показав наявність пористості (Рисунок
3.17).
При електродуговій металізації пористість у напиленому шарі суттєво
залежить від швидкості витікання транспортуючого потоку з сопла
металізатора.
87
Встановлено тенденцію до зменшення пористості покриття зі збільшенням
швидкості витікання транспортуючого потоку з сопла в діапазоні 120…520 м/с
(Рисунок 3.18).

Рисунок 3.17. Мікроструктура напиленого шару сталі 50ХФА на
підкладку зі сталі 45 під час відновлення шийок валу приводу компресора
кліматичної установки пасажирського вагона (швидкість витікання
транспортуючого потоку 125 м/с). Збільшення: а – х50; б – х100; в, г – х200.

88
Рисунок 3.18. Вплив швидкості витікання транспортуючого потоку з сопла
металізатора на пористість шару покриття на шийках валу приводу компресора
кліматичної установки пасажирського вагона.
3.5 Зносостійкість колінчастих валів після відновлення
електродугової металізації
Було проведено дослідження зносостійкості колінчастих валів приводу
компресора кліматичної установки пасажирського вагона з сталі 45 в
початковому стані та після електродугого металізування з використанням
електродної проволоки діаметром 1,6 мм марки 50ХФА. Випробування
проводили в двох варіантах: при сухому терті та при терті в режимі граничного
змащування (масло МС-20). Була отримана залежність приведеного зносу від
швидкості ковзання при сухому терті зразка сталі 45 діаметром 30 мм по валу зі
сталі 45 з питомим тиском 40 МПа (Рисунок 3.19).

Рисунок 3.19. Залежність приведеного зносу зразків сталі 45 від швидкості
ковзання (зразки діаметром 30 мм; вал зі сталі 45, сухе тертя)
У досліджених зразків у діапазоні швидкостей ковзання 0,005–0,5 м/с
проявляється процес схоплювання 1-го роду, при цьому зі збільшенням
швидкості ковзання інтенсивність зносу зразків зменшується. При збільшенні
швидкості ковзання більше 0,5 м/с процес схоплювання 1-го роду переходить у
процес схоплювання 2-го роду, інтенсивність якого зростає.
Аналіз характеру зміни приведеного зносу зразків сталі 45 дозволив
встановити, що початок виникнення схоплювання 2-го роду в середовищі
змащення МС-20 (Рисунок 3.20, крива 1) відбувається при швидкості ковзання
2,65–2,7 м/с. У тих самих умовах тертя, але в середовищі поверхнево-активного
змащення (Рисунок 3.20, крива 2), процес схоплювання виникає при швидкості
ковзання 4,5 м/с.
89
Отримані результати випробувань показують, що змащення по-різному
взаємодіють з металами, але всі вони створюють на поверхні тертя захисні
плівки, які запобігають у тих чи інших умовах тертя схоплюванню металів.

Рисунок 3.20. Графік залежності приведеного зносу при терті зразків сталі
45 по валу (сталь 45) в умовах граничного змащення, питомому тиску 60 МПа
від швидкості ковзання: 1 – масло МС-20; 2 – поверхнево-активне галоїдне
змащення
Було проведено порівняльні випробування зразків сталі 45 з напиленням
електродуговою металлізацією покриттям з використанням електродної
проволоки марки 50ХФА. Випробування проводили в умовах сухого тертя та в
умовах змащення МС-20 при удельному тиску 60 МПа та швидкості ковзання
2,7 м/с (Рисунок 3.21).

а
90

б
Рисунок 3.21. Приведений знос зразків сталі 45 залежно від пористості
покриття в умовах сухого тертя (а) і граничного змащення СМ-20 (б) (удільний
тиск 60 МПа, швидкість ковзання 2,7 м/с): 1 – зразок зі сталі 45 без покриття; 2
– зразок з покриттям з пористістю 28,9%; 3 – те ж саме з пористістю 12,2%; 4 –
те ж саме з пористістю 6,9%; 5 – те ж саме з пористістю 3,9%;
При цьому випробовувалися зразки, напилені з різною швидкістю
витікання транспортуючої газової струменя і, відповідно, з різною пористістю
покриття. Аналіз отриманих даних дозволяє констатувати наступне: приведений
знос на 1000 м шляху тертя у зразків з напиленим покриттям як при
випробуваннях у умовах сухого тертя, так і в умовах граничного змащення МС-
20 приблизно в 2,5–2,7 рази менший зносу зразків без покриття зі сталі 45. При
випробуванні зразків з напиленим покриттям в умовах сухого тертя
проявляється чітка тенденція зменшення величини приведеного зносу
зменшенням пористості покриття. Водночас при випробуваннях в умовах
граничного змащення МС-20 залежність приведеного зносу проявляється
мінімум при величині пористості покриття 6,9–12,2%. Зразки, як з більшою, так
і з меншою пористістю, проявляють більшу схильність до зносу.
Були проведені порівняльні випробування зразків сталі 45 без покриття та
з покриттям з пористістю 6,9% для визначення приведеного зносу залежно від
прикладеної навантаження. Випробування проводилися в умовах граничного
змащення МС-20. Отримані результати представлені на Рисунку 3.22.
З графіка (Рисунок 3.22) видно, що знос сталі 45 при терті по валу зі сталі
45 при навантаженнях 25-40 МПа приблизно в 8-9 разів вище, ніж при терті
91
зразків сталі 45 з покриттям зі сталі 50ХФА з пористістю 6,9%. При
навантаженнях 80-100 МПа середній приведений знос в 2-3 рази менший.

Рисунок 3.22. Середні величини приведеного зносу зразків сталі 45 в
залежності від удельного навантаження: 1 – зразок сталі 45 без покриття; 2 –
зразок сталі 45 з напиленим покриттям зі сталі 50ХФА з пористістю 6,9%

Рисунок 3.22. Графік залежності зносу при терті без змазки зразків сталі
45 по закаленому валу (сталь У8) від тривалості випробувань: 1 – зразок без
покриття; 2 – зразок з покриттям з пористістю 6,9%
На Рисунку 3.23 наведена графіка зносу зразків з сталі 45 без покриття та з
покриттям з сталі 50ХФА з пористістю 6,9% в парі з твердими закаленими
валами з сталі У8 (HRC55-58) в залежності від тривалості випробувань.
Випробування проводились при терті без змазки при постійній швидкості
ковзання 0,065 м/с та удельному тиску 60 МПа.
Випробування показали, що на поверхні зразків з сталі 45 без покриття з
початкового моменту і до завершення випробувань розвивається процес
схоплювання 1-го роду. На поверхні зразків з покриттям з сталі 50ХФА
протягом всього часу випробувань відбувається окислювальний знос.
Окрім випробувань зразків були проведені стендові випробування нових і
відновлених коленчатих валів приводу компресора кліматичної установки
92
пасажирського вагона з сталі 45. В результаті стендових випробувань
встановлено, що в умовах, що імітують цикл роботи кліматичної установки в
експлуатації в залізничному складі, строк експлуатації коленчатих валів без
покриття складає 2,5-2,8 року. В той час як строк експлуатації коленчатих валів
з сталі 45 з напиленим шаром складає 5,8-6,2 року.
3.5 Результати випробувань коленчатих валів компресора фреону
Колінчаті вали компресора фреону, після відновлення електродуговою
металлізацією та шліфування, були піддані іонній імплантації з використанням
у якості матеріалу катода сплаву 64%Cu–36%Pb, який додатково легований
оловом. Доза імплантації становила 10^17 іонів/см². Випробування проводили в
умовах граничної змазки (масло МС-20). Покриття з сталі 50ХФА мало
пористість 6,9–7,3%.
Отримані результати представлені на Рисунку 3.24.

Рисунок 3.24. Графік залежності вагового зносу при терті в умовах
граничної змазки зразків сталі 45 по загартованому валу (сталь У8) від
тривалості випробувань (удільний тиск 60 МПа): 1 – покриття з сталі 50ХФА з
пористістю 6,9%; 2 – покриття з сталі 50ХФА з пористістю 6,9%, імплантоване
іонами міді, свинцю та олова.
Для колінчастих валів компресора фреону, відновлених електродугова
металлізацією, була визначена величина коефіцієнта тертя по сталі У8 в умовах
граничної змазки при варіації навантаження для випадку, коли терті поверхні
були досить добре приработані. При цих випробуваннях температура, рівна 45°
С, і витрата змазки, рівний 18 см3/год, залишалися постійними. Випробування
93
проводилися на машині АЕ-5. Значення коефіцієнта тертя в залежності від
удельного навантаження суттєво не відрізнялися одне від одного (Рисунок 3.25).
Тим не менш, як було показано вище, величина зносу зразків з покриттям без
імплантації та імплантованих значно відрізняються.

Рисунок 3.25. Залежність коефіцієнта тертя від питомого навантаження
при терті (режим випробування: швидкість 2,7 м/с; температура 45° C, змазка –
масло МС-20): 1 – покриття зі сталі 50ХФА з пористістю 6,9%; 2 – покриття зі
сталі 50ХФА з пористістю 6,9%, імплантоване іонами міді, свинцю та олова.
Аналізуючи результати експериментів та побудовані на їх основі криві,
можна зробити висновок, що характер зміни коефіцієнта тертя в залежності від
навантаження для досліджених зразків однаковий. Водночас не можна не
звернути увагу на те, що при високих удельних навантаженнях спостерігається
збільшення коефіцієнта тертя зразків з покриттям, які не піддавались
імплантації (Рисунок 3.25).
Проведені стендові випробування відновлених коленчатих валів
компресора фреону показали, що використання іонної імплантації покриття,
отриманого електродуговою металлізацією, дозволяє продовжити термін
гарантованої експлуатації цих валів до 8 років.
Були також проведені порівняльні дослідження зносостійкості покриттів зі
сталі 50ХФА, підданих опроміненню іонами титану. Випробування
проводились при граничній змазці МС-20 та удельному тиску 60 МПа на шляху
тертя 40 м (Рисунок 3.26).
94

Рисунок 3.26. Ваговий знос зразків з покриттям зі сталі 50ХФА при
випробуваннях з питомим навантаженням 60 МПа на шляху тертя 40 м:
1 – контрольні зразки без імплантації;
2 – імплантовані іонами титану;
3 – імплантовані іонами міді, свинцю та олова при використанні катода
системи Cu–Pb–Sn.
Аналіз отриманих результатів показує, що значення вагового зносу для
покриття, імплантованого іонами титану та іонами катода на основі
монотектного сплаву міді з свинцем, легованого оловом, близькі, особливо в
умовах тертя з граничним змазуванням МС-20.
Водночас при використанні катодів на основі монотектного сплаву міді з
свинцем відзначається більш стабільна робота джерела іонів імплантера.

95
Висновок до розділу 3
1. За допомогою програмного пакета класичної молекулярної динаміки
LAMMPS виконано моделювання процесу проникнення іонів міді в мішень із
заліза, а також розраховано розподіл упровадженої домішки залежно від
віддаленості від поверхні мішені. Моделювання показало, що на відстані від
поверхні мішені близько 130–150 нм спостерігається пік концентрації
упроваджених іонів міді, після чого їх концентрація поступово знижується
практично до нуля. Розрахункова товщина іонно-легованого шару для флюенса
опромінення 10¹⁸ см⁻² становить 450–520 нм.
2. Виявлено, що в результаті поліїонної імплантації поверхні напиленого
покриття на основі сталі 50ХФА у тонкому поверхневому шарі відбуваються значні
концентраційні зміни з утворенням кластерів із упроваджених елементів, а також
спостерігається фрагментація структури на нано-рівні.
3. Встановлено, що найбільше зниження вагового зношування зразків
сталі 45 із напиленим покриттям і без нього при терті у 3,5–5 разів спостерігається
під час імплантації іонами титану та сплаву 64Cu–36Pb із флюенсом у діапазоні
5•10¹⁶–3,2•10¹⁷ см⁻². Збільшення флюенса понад 5•10¹⁷ см⁻² супроводжується
зниженням зносостійкості імплантованого покриття.
4. Металографічний аналіз шару покриття на шийках вала, отриманого
електродуговою металлізацією, показав, що в ньому присутня пористість.
Встановлено тенденцію до зменшення пористості покриття з підвищенням
швидкості витікання транспортуючої струї з сопла в діапазоні 120–520 м/с.
5. В результаті випробувань встановлено, що в умовах, що імітують цикл
роботи кліматичної установки в експлуатації в залізничному складі, термін
експлуатації коленчатих валів без покриття обмежений 2,5–2,8 року. В той же час
термін експлуатації коленчатих валів із сталі 45 з напиленим шаром складає 5,3–
5,8 року.
6. Проведені стендові випробування відновлених колінчастих валів
компресора фреону показали, що використання іонної імплантації покриття,

96
отриманого електродуговою металлізацією, дозволяє продовжити термін
гарантованої експлуатації зазначених валів до 8 років.
7. Встановлено, що значення вагового зносу для покриття,
імплантованого іонами титану та іонами катода на основі монотектного сплаву міді
з свинцем, легованого оловом, близькі, особливо в умовах тертя з граничним
змазуванням МС-20.

97
Розділ 4. Охорона праці та безпека в надзвичайних ситуаціях
Вступ
Сутність процесу електродугової металізації полягає в розплавлюванні двох
дротових електродів електричною дугою, що утвориться між ними, і розпиленні
розплавленого металу струменем стисненого повітря. Розпилювані металеві
частинки прискорюються й попадають на попередньо підготовлену покриваємо
поверхню і зчіплюються з нею утворюють суцільне покриття. Товщина шару при
цьому регулюється продуктивністю розпилення й швидкістю переміщення
металізатора відносно напиляємої поверхні.
Для виконання технології електродугової металізації необхідно наступне
устаткування:
• Металізаційна установка (металізатор);
• Джерело живлення з пультом керування;
• Касети для укладання на них дроту;
• Мережа стисненого повітря з масловологовітділювачем.
При електродуговій металізації виділяється значна кількість токсичних
речовин у вигляді пилу й пари, робота супроводжується світловипромінюванням і
шумом. Тому при електродуговій металізації необхідна гарна вентиляція робочої
зони, що забезпечує надійне видалення пилу й аерозолів, а також засобами
забезпечення захисту обслуговуючого персоналу від шуму й світлового
випромінювання. З огляду на викладене, при електродуговій металізації
рекомендується застосовувати ізолюючу камеру, у якій механізовано процес
напилювання.
При розробці технології електродугової металізації конкретних деталей
(колінчатого вала допоміжного вузла) потрібно керуватися вимогами дійсної
інструкції, визначити склад і призначення покриттів, параметри процесів
підготовки поверхні перед металізацією, параметри процесу властиві металізації й
наступної механічної обробки.

98
4.2. Матеріали
4.2.1. Для знежирення поверхонь деталей рекомендується застосовувати
технічні мийні засоби типу ТМС-31 по ТУ 38-І07П3-88, “Полинка” по ТУ 38-І095І-
89, МЛ-51, МЛ-52, “Темп 100”.
4.2.2. Для руйнування й видалення окісних плівок і одержання розвиненої
активної поверхні деталі при струйно-абразивній обробці рекомендується
застосовувати шлифзерного електрокорунда нормального, марки 12А, 15А по
ТУУ2-036-802-89 зернистістю 63Н(П), 80Н(П) за ДСТ 3647-90.
4.2.3. Для роботи електродугового металізатора необхідне стиснене повітря,
очищене від вологи й масла за допомогою масловологовітділювачем, тиском 0.6
МПа. Якість повітря кл.5 за ДСТ 17433.
4.2.4. Для одержання покриттів для реставрації вала допоміжного вузла
методом електродугової металізації рекомендується застосовувати дріт з матеріалу
сталі 65Г ГОСТ 2246-86. Використовуваний для електродугової металізації дріт не
повинен мати забруднень, слідів масла й корозії.
4.3. Устаткування
4.3.1. Устаткування для нанесення покриттів методом електродугової
металізації варто розміщати в ізольованому приміщенні, що відповідає вимогам
категорії “Г” з дотриманням норм технічного проектування.
4.3.2. Застосовуване технологічне оснащення повинне забезпечувати
зручність і швидкість закріплення й знімання деталей, бути універсальним й не
повинна екранувати металізаційний струмінь.
4.4 Технологія нанесення покриттів методом електродугової металізації
При експлуатації устаткування для знежирення, струйно-абразивної обробки,
електродугової металізації й механічної обробки необхідно керуватися
відповідними технічними паспортами.
Технологічний процесс напилення покриттів методом електродугової
металізації виконується в наступній послідовності:
• підготовка поверхні деталі (знежирення й струйно-абразивна обробка)
99
• електродугова металізація
• механічна обробка
Після виконання кожної операції необхідно робити конроль якості.
4.4.1. Підготовка поверхні деталі.
4.4.1.1. Знежирення.
4.4.1.1.1. Миючі розчини варто підготовляти послідовним розчиненням
мийного засобу в половинному обсязі підігрітої до 60-80С води при
безперервному помішуванні з наступним підливом води до робочого обсягу.
Допускається використання водопровідної води незалежно від її жорсткості.
4.4.1.1.2. Щодня перед початком підігріву необхідно видалити жирові
забруднення, що спливли на поверхню розчину.
4.4.1.1.3. Хімічний аналіз розчину необхідно робити не рідше 1-2 рази в
тиждень.
4.4.1.1.4. Коректувальний розчин варто готовити в окремій ємкості й доливати
в робочу ємність.
4.4.1.1.5. Заміну розчину необхідно робити при різкому зниженні якості
знежирення поверхні, але не рідше одного разу на місяць.
4.4.1.1.6. Ступінь знежирення не повинна бути нижче першої за ДСТ9.402-90.
4.4.1.1.7. Послідовність виконання операцій при знежиренні: завантаження
партії деталей у робочу ємність миючої установки, знежирення поверхонь,
вивантаження деталей, сушіння.
4.4.1.1.8. Температура робочого розчину 70-80С. Час знежирення 5-15 хв.,
залежно від ступеня забруднення поверхонь деталей.
4.4.1.1.9. Рекомендована концентрація водяних розчинів технічних мийних
засобів (табл.4.1.), г/л.
Таблиця 4.1.
Назва Температура, С Концентрація,г/л
ТМС 31 60-65 50-80
“Полинка” 60-70 50-80
100
МЛ-51 60-85 10-20
МЛ-52 80-100 20-25
“Темп 100” 70-80 20

4.4.1.1.10. Сушіння рекомендується робити в калориферах при температурі 50-
60С або природним шляхом.
4.4.1.2. Струйно-абразивна обробка (очищення).
4.4.1.2.1. Для струйно-абразивної обробки напилюваної поверхні
рекомендується застосовувати шліфзерно електрокорунду з нормальною
зернистістю 63Н(П), 80Н(П) або металевим дробом (піском).
4.4.1.2.2. Рекомендуємі режими для стуйно-абразивної обробки:
Тиск повітря, МПа:
у пістолетах…………………………………………………………0.5-0.6
в ежекторах…………………………………………………………0.3-0.4
кут атаки,градусів…………………………………………………..60-90
відстань від зрізу сопла пістолета
до оброблюваної поверхні,мм…………………………………….100-120
відносна швидкість переміщення пістолета, мм/хв………………..50-250
4.4.1.2.3. Послідовність виконання операцій струйно-абразивної обробки:
• установка й закріплення деталей у пристосуванні;
• установка пристосування з деталями в устаткуванні для струйно-
абразивної обробки;
• очищення поверхонь;
• зняття пристосування з деталями;
• зняття деталей з пристосування;
• контроль якості очищених деталей.
4.4.1.2.4. Ступінь очищення, значення параметрів шорсткості поверхні й
методи контролю повинні відповідати вимогам ГОСТ 9.304-94.
101
4.4.1.2.5. У період між операціями струйно-абразивної обробки і нанесенням
покриття методом електродугової металізації тривалість не повинна перевищувати
однієї години. У випадку перевищення строку зберігання деталі її вартопіддати
повторній обробці.
4.4.1.2.6. При зберіганні й передачі деталей на операцію електродугової
металізації необхідно виключити можливість забруднення оброблених поверхонь.
Рекомендується при цьому користуватися бавовняними рукавичками або
рукавицями.
4.4.1.2.7. Для тіл обертання допускається застосовувати підготовку поверхні
методом нарізування “рваної різьби”. Глибина нарізки й крок різьблення 0.8-1 мм.
4.5 Електродугова металізація
4.5.1. Якість нанесеного покриття й ефективність процесу багато в чому
залежать від обраного режиму роботи устаткування, що встановлюється
оператором виходячи з характеристик джерела електричного живлення, матеріалу
деталі, матеріалу й діаметру дроту, тиску стисненого повітря.
4.5.2. Зі збільшенням тиску стисненого повітря на вході в апарат щільність
покриття зростає й підвищується стабільність роботи металізатора. Тому для
одержання оптимальних результатів необхідно працювати на максимальному
тиску стисненого повітря 0.6 МПа. При різких коливаннях тиску повітря в мережі
за рахунок відбору повітря іншими споживачами роботи з металізації робити не
слід.
4.5.3. Напруга в дузі для напилювання дроту діаметром 1.8 мм з матеріалу
сталі 65Г встановлюється в інтервалі 30-40 В. Показання вольтметра на джерелі
живлення повинне бути більше на величину втрат у струмоведучому кабелі.
4.5.4. Для підвищення адгезії зчеплення напиленого шару металу з основою
необхідно робити напилювання на пониженому тиску 0.35-0.4 МПа. При
пониженому тиску робочого газу збільшується розмір розпилюваних крапель
металу, що призводить до кращого проплаву напилюваних крапель до поверхні
основи.
102
4.5.5. Нанесення першого напилюваного шару металу рекомендується пери
таких режимах напилювання:
• обертання вала : 100об/хв.;
• повздовжнє переміщення ЕДМ: 45-55 мм/хв.;
• дистанція напилювання: 80 мм.;
• тиск робочого газу: 0.35-0.4 МПа.
4.5.6. Колінчатий вал допоміжного вузла має нерівномірно зношену шийку яка
реставрується. Тому після напилювання першого шару металу необхідно закріпити
вал для напилювання в найбільш зношеній зоні шийки і повздовжнім
переміщенням ЕДМ відновлювати кругле січення валу. Для цього запропоновані
наступні режими напилювання:
• повздовжнє переміщення ЕДМ: 1500-2000 мм/хв.;
• дистанція напилювання: 100 мм.;
• тиск робочого газу: 0.35-0.4 МПа.
4.5.7. При нанесенні покриттів варто уникати нагрівання основи деталей вище
70-150С, що може призвести до перегріву напиленого шару і його сколу. Щоб не
відбувалося перегріву напиленого шару металу під час повздовжнього
напилювання без обертання слід після кожного проходу ЕДМ проходити в
зворотному напрямі з вимкненою дугою, а повітря з головки ЕДМ повинно
подаватись на напилювану поверхню, що буде приводити до охолодження
напиленого шару металу і не призведе до перегріву і в подальшому сколу
напиленого шару.
4.5.8. Для нанесення робочого шару металу слід обрати режими напилювання
при яких покриття має кращу якість: найменшу пористість, найвищу
мікротвердість. Напилювати робочий шар металу рекомендується при таких
режимах напилювання:
• обертання валу 100 об/хв.;
• швидкість повздовжнього переміщення ЕДМ: 45-55 мм/хв.;
• дистанція напилювання : 100 мм;
103
• тиск робочого газу: 0.5-0.6 МПа.
4.5.9. Наступна механічна обробка покриттів повинна проводитись на
знижених режимах з обов’язковим використанням охолодженої емульсії. Припуск
на механічну обробку залежно від точності розмірів і виду обробки складає в
діапазоні 0.6-1.2 мм.
4.5.10. Поверхня напилюваних покриттів повинна бути рівномірних кольорів.
Не допускається наявність сторонніх включень, тріщин, сколів, відшарувань,
спучування, не проплавлених часток.
4.6. Вимоги безпеки
4.6.1. Робота електродугового металізатора супроводжується
світловипромінюванням електричної дуги, шумом, виділенням значної кількості
металевого пилу.
4.6.2. При виконанні технологічного процесу нанесення покриттів методом
електродугової металізації варто керуватися вимогами безпеки, викладеними в
технічних паспортах кожного виду устаткування.
4.6.3. Електродуговий металізатор по способу захисту людини від ураження
електричним струмом ставиться до ІІІ класу за ДСТе 12.2.007.0-95.
4.6.4. До роботи на металізаторі допускаються особи не молодше 18 років, що
вивчили конструкцію й дійсну інструкцію, що мають кваліфікацію металізатора не
нижче 4 розряду згідно ЕТКС. Знання правил експлуатації й конструкції
обслуговування електродугового металізатора і повинно бути перевірене
кваліфікаційною комісією.
4.6.5. Металізаційне устаткування рекомендується встановлювати в ізолюючу
камеру обладнану засобами захисту:
• шумопоглинання рівня звуку якого на робочому місці не повинен
перевищувати 80 дБА;
• приточно-витяжна вентиляція, що забезпечує повне видалення пилу й
газів при швидкості висмоктування з робочої зони не менш 1.5 м/с;
104
• двері камери повинні мати блокування на відключення металізатора
при їхньому випадковому відкриванні;
• стінки камери повинні бути суцільними з неспалимого матеріалу.
4.6.6. Все електроустаткування , що перебуває під напругою повинне бути
надійно заземлене відповідно до експлуатаційної документації. Заземлення
здійснюється проведенням січення не менш 6 мм2.
4.6.7. Забороняється робити настроювання і регулювання металізатора, що
перебуває під напругою.
4.6.8. У зв’язку зі шкідливими виділеннями при роботі металізатора в вигляді
пилу при роботі необхідно дотримувати наступні запобіжні заходи:
• робити роботи тільки в спецодязі із щільної тканини;
• по закінченню роботи спецодяг повинний бути знятим й звільнений від
пилу;
• не приймати їжі й не курити до ретельного миття рук і лиця.
4.7. Контроль виконання вимог безпеки
4.7.1. Контроль за вмістом шкідливих речовин у повітрі робочої зони повинен
проводитися відповідно до вимог ГОСТ 12.1,005-76.
4.7.2. Контроль за дотриманням вимог вибухобезпеки слід виконувати
відповідно до вимог ГОСТ 12.I.010-75 (розділ 5); відбір проб повітря необхідно
проводити в зонах можливої максимальної концентрації
вибухопожежонебезпечних речовин.
4.7.3. Позачерговий контроль за складом повітря в робочій зоні слід проводити
при будь-якій зміні технологічних параметрів, реконструкції вентиляції, на вимогу
осіб, які здійснюють нагляд за станом безпеки праці на підприємстві, тощо.
4.7.4. Вміст шкідливих речовин у повітрі робочої зона слід контролювати з
технічної документації на методи визначення шкідливих речовин, затвердженою
МОЗ України.
4.7.5. Контроль шуму на робочих місцях слід проводити за методами,
вказаними в ГОСТ 20445-75.
105
4.7.6. Контрольні вимірювання освітленості на робочих місцях повинні
проводитися відповідно до "Методичних вказівок по проведенню
попереджувального і поточного санітарного нагляду за штучним освітленням на
промислових підприємствах ", затвердженими МОЗ України, та ГОСТ 24940-81.
4.7.7. Контроль за рівнями небезпечних і шкідливих виробничих чинників слід
проводити за графіком, узгодженим з органами держсаннагляду і затвердженим
головним інженером підприємства.
4.7.8. Всі пристосування для безпечного проведення робіт і Оргоснастка
повинні піддаватися приймальним і періодичним випробуванням, обсяг і програма
яких встановлені в нормативно-технічній документації на ці пристосування і
оснащення.
4.7.9. Контроль за обладнанням, апаратурою, ручним інструментом слід
здійснювати відповідно до нормативно-технічної документації заводу-
виготовлювача і за графіком, затвердженим головним інженером підприємства.
4.8. Надзвичайні ситуації, що можуть вплинути на працівників
цеху для напилення
Даний цех знаходиться в зоні з малим ризиком виникнення різних
надзвичайних ситуацій для життя працівників цеху, але можуть виникнути різні
фактори які будуть загрожувати людям. В теперішній час можуть виникнути
надзвичайні ситуації пов’зані з кліматом, а саме (див.додаток Г):
• НС, пов'язана зі зсувом (20220);
• НС, пов'язана з осіданням (проваллям) земної поверхні (20240);
• НС, пов'язана з підвищенням рівня ґрунтових вод (підтопленням)
(20260);
• НС, пов'язана з сильною зливою (кількість опадів 30 мм і більше,
тривалістю 1 година і менше) (20311);
• НС, пов'язані з пожежами в природних екологічних системах (20600);
• НС, пов'язана з лісовою пожежею (20610).
106
При винекненні даних ситуацій працівники мусять припинити роботу,
вимкнути всі установки і виключити елетроенергію на щитовій, а потім
дотримуватися вказівок відповідально по цеху інженера покинути дану споруду і
знайти безпечну схованку.
Надзвичайні ситуації, що можуть вплинутина співробітників цеху для
напилення

ДК 019:2010 «Класифікатор надзвичайних ситуацій»
(скорочений)
Ймовірність
Код Назва надзвичайної ситуації виникнення НС
мала середня висока
1 2 3 4 5
10000 НС ТЕХНОГЕННОГО ХАРАКТЕРУ +
НС унаслідок аварій чи катастроф на транспорті
10100 +
(за винятком пожеж і вибухів)
НС унаслідок аварій на транспорті з викиданням
10110 (загрозою викидання) небезпечних і шкідливих +
(забруднювальних) речовин
НС унаслідок аварії на транспорті з загрозою
10114 +
розливання паливно-мастильних матеріалів
НС унаслідок аварії на залізничному транспорті з
10130 +
тяжкими наслідками (катастрофи)
НС унаслідок авіаційної аварії чи катастрофи в
10151 +
аеропорту або у населеному пункті
10160 НС унаслідок аварій автомобільного транспорту +
10170 НС унаслідок аварій на трубопроводах +
10171 НС унаслідок аварії на магістральному газопроводі +
НС унаслідок аварії на нафтопроводі або
10172 +
продуктопроводі
10180 НС унаслідок аварій на міському транспорті +
10181 НС унаслідок аварії на міському електротранспорті +
НС унаслідок аварії на міському пасажирському
10182 +
транспорті, іншому
10200 НС унаслідок пожеж, вибухів +
10210 НС унаслідок пожеж, вибухів у будівлях і спорудах +
НС унаслідок пожежі, вибуху у споруді, на
10211 комунікації або технологічному устаткованні +
промислового об'єкта
107
НС унаслідок пожежі, вибуху у будівлі або споруді
10213 +
житлової призначеності
10230 НС унаслідок пожеж, вибухів на транспорті +
10231 НС унаслідок пожежі, вибуху на залізниці +
НС унаслідок пожежі, вибуху (можливості вибуху)
10270 виявлених вибухонебезпечних предметів +
(застарілих боєприпасів)
НС унаслідок аварій з викиданням (загрозою
10300 викидання) нхр, корисних копалин на інших +
об'єктах(окрім аварій на транспорті)
НС унаслідок аварії з викиданням (загрозою
викидання), утворенням і розповсюдженням НХР
10310 +
під час їх виробляння, переробляння чи зберігання
(захоронення)
НС унаслідок наявності у навколишньому
10400 середовищі шкідливих (забруднювальних) і +
радіоактивних речовин понад гдк
НС унаслідок наявності в ґрунті шкідливих
10410 +
(забруднювальних) речовин понад ГДК
НС унаслідок наявності в повітрі шкідливих
10420 +
(забруднювальних) речовин понад ГДК
НС унаслідок наявності в атмосферному повітрі
10421 +
шкідливих (забруднювальних) речовин понад ГДК
НС унаслідок наявності у воді шкідливих
10430 +
(забруднювальних) речовин понад ГДК
НС унаслідок наявності в питній воді шкідливих
10432 +
(забруднювальних) речовин понад ГДК
НС унаслідок аварій з викиданням (загрозою
10500 викидання) рр +
(крім аварій на транспорті)
НС унаслідок аварії з викиданням (загрозою
викидання) РР на атомній станції, атомній
10510 +
енергетичній установці виробничої або дослідної
призначеності
НС унаслідок аварії з радіоактивним джерелом
10550 іонізувального (іонізуючого) випромінювання або +
РР (на підприємстві)
НС унаслідок ядерної чи радіаційної аварії за
10560 +
межами України із загрозою забруднення її території
НС унаслідок раптового руйнування будівель і
10600 +
споруд
НС унаслідок руйнування елементів транспортних
10610 +
комунікацій
108
НС унаслідок руйнування будівлі чи споруди
10620 +
виробничої призначеності
НС унаслідок руйнування будівлі чи споруди
10630 +
нежитлової призначеності
НС унаслідок руйнування будівлі чи споруди
10640 +
житлової призначеності
НС унаслідок руйнування підземних споруд систем
10650 +
життєзабезпечення
Нс унаслідок аварій в електроенергетичних
10700 +
системах
10760 НС унаслідок аварії в електричних мережах +
10800 Нс унаслідок аварій у системах життєзабезпечення +
НС унаслідок аварії в каналізаційній системі із
10810 +
скиданням забруднювальних речовин
НС унаслідок аварії в теплових мережах (системах
10820 +
гарячого водопостачання) холодної пори року
НС унаслідок аварії в системах забезпечення
10830 + +
населення питною водою
НС унаслідок аварії на газопроводі систем
10840 +
газопостачання та газифікації
10900 Нс унаслідок аварії систем телекомунікацій +
НС УНАСЛІДОК АВАРІЙ НА ОЧИСНИХ
11000 +
СПОРУДАХ
НС унаслідок аварії на очисних спорудах стічних
11010 +
вод із скиданням забруднювальних речовин
НС унаслідок аварії на установці газоочищення
11020 джерел забруднення атмосфери з викиданням +
забруднювальних речовин в атмосферу
НС УНАСЛІДОК ГІДРОДИНАМІЧНИХ
11100 +
АВАРІЙ
НС унаслідок прориву греблі (дамби, шлюзу тощо) з
11110 утворенням хвилі прориву та катастрофічного +
затоплення
НС унаслідок прориву греблі (дамби, шлюзу тощо) з
11120 +
утворенням проривної повені
НС унаслідок аварійного спрацювання водосховища
11130 гідроелектростанції у зв'язку із загрозою прориву +
гідроспоруди
20000 НС ПРИРОДНОГО ХАРАКТЕРУ +
20100 ГЕОФІЗИЧНІ НС +
20110 НС, пов'язана з землетрусом +
20200 ГЕОЛОГІЧНІ НС +
20220 НС, пов'язана зі зсувом +
109
20230 НС, пов'язана з обвалом або осипом +
НС, пов'язана з осіданням (проваллям) земної
20240 +
поверхні
20250 НС, пов'язана з карстовими провалами +
НС, пов'язана з підвищенням рівня ґрунтових вод
20260 +
(підтопленням)
20300 МЕТЕОРОЛОГІЧНІ НС +
Метеорологічні НС, пов'язані з атмосферними
20310 +
опадами
НС, пов'язана з сильною зливою (кількість опадів 30
20311 +
мм і більше, тривалістю 1 година і менше)
НС, пов'язана з крупним градом (діаметром 20 мм і
20312 +
більше)
НС, пов'язана з дуже сильним снігопадом (кількість
20313 +
опадів 20 мм і більше, тривалістю 12 годин і менше)
НС, пов'язана з дуже сильним дощем (дощ і мокрий
сніг) (кількість опадів 50 мм і більше, тривалістю 12
20314 +
годин і менше; для гірських районів 30 мм і більше,
тривалістю 12 годин і менше)
20320 Метеорологічні НС температурні +
НС, пов'язана з дуже сильним морозом (температура
20321 +
повітря мінус 30 град.C і нижче)
НС, пов'язана з дуже сильною спекою (температура
20322 +
повітря 35 град.C і вище)
НС, пов'язана з масовим засиханням та загибеллю
20323 посівів і створених 1 - 3-річних лісових культур, +
унаслідок засухи
НС, пов'язана з масовим пошкодженням і загибеллю
20324 +
посівів, незібраним урожаєм, унаслідок заморозків
НС, пов'язана з сильним вітром (швидкістю 25 м/с і
20331 +
більше), охоплюючи шквали та смерчі
НС, пов'язана з сильним налипанням снігу (шар
мокрого замерзлого снігу на деревах, стовбурах,
20333 +
дротах електромереж тощо діаметром 35 мм і
більше)
НС, пов'язана з сильною ожеледдю (шар льоду на
20334 деревах, дротах електромереж тощо діаметром 20 +
мм і більше)
НС, пов'язана зі сніговими заметами (повне
20335 +
припинення руху транспорту на шляхах)
НС, пов'язана з сильною хуртовиною (за швидкості
20336 +
вітру 15 м/с і більше, тривалістю 12 годин і більше)
110
НС, пов'язана з сильним туманом (видимість менше
20337 +
100 м, тривалістю 12 годин і більше)
20500 Гідрологічні нс поверхневих вод +
НС, пов'язана з високим рівнем води (водопілля,
20510 +
паводки)
20580 НС, пов'язана з інтенсивним льодоходом +
20590 НС, пов'язана з затопленням +
Нс, пов'язані з пожежами в природних екологічних
20600 +
системах
20610 НС, пов'язана з лісовою пожежею +
НС, пов'язана з пожежею польовою (на
20630 +
сільськогосподарських угіддях)
20700 Медико-біологічні нс +
20710 НС, пов'язані з інфекційним захворюванням людей +
НС, пов'язана з небезпечною інфекційною хворобою
20712 +
(групові випадки)
НС, пов'язана з епідемічним спалахом небезпечних
20713 +
інфекційних хвороб
НС, пов'язана з отруєнням людей у результаті
20721 +
споживання неякісних продуктів харчування
НС, пов'язана з отруєнням людей у результаті
20722 +
споживання неякісної питної води
НС, пов'язані з інфекційними захворюваннями
20730 +
сільськогосподарських тварин
НС, пов'язана з окремим випадком екзотичного та
20731 особливо небезпечного інфекційного захворювання +
сільськогосподарських тварин
НС, пов'язана з масовим отруєнням
20740 +
сільськогосподарських тварин
НС, пов'язана з ураженням сільськогосподарських
20760 +
рослин хворобами та шкідниками
30000 НС СОЦІАЛЬНОГО ХАРАКТЕРУ +
Збройні напади, захоплення й утримування об'єктів
державного значення (найважливіших і важливих
30100 +
державних об'єктів) або
Реальна загроза здійснення таких акцій
Збройний напад, захоплення й утримування органу
30110 державної влади або реальна загроза здійснення +
такої акції
Збройний напад, захоплення й утримування
30160 державного закладу або реальна загроза здійснення +
такої акції
111
Збройний напад, захоплення й утримування об'єкта
атомної енергетики, хімічної промисловості та
30170 об'єкта, на якому виробляють чи зберігають +
біологічно небезпечні речовини, або реальна загроза
здійснення такої акції
Напад, замах на життя членів екіпажу повітряного
або морського (річкового) судна, викрадення
30300 (спроба викрадення), знищення (спроба знищення) +
такого судна, захоплення заручників з-поміж членів
екіпажу чи пасажирів
Установлення вибухового пристрою у
30400 багатолюдному місці, установі (організації, +
підприємстві), житловому секторі, транспорт!
Нс, пов'язані зі зникненням чи викраденням зброї та
небезпечних речовин з об'єктів їх зберігання,
30500 +
використання, переробляння або під час
транспортування
НС, пов'язана зі зникненням чи викраденням
вибухових матеріалів з об'єкта зберігання,
30550 +
використання, переробляння або під час
транспортування
НС, пов'язана зі зникненням чи викраденням РР
(приладів або устатковання, з використанням РР) з
30560 +
об'єкта зберігання, використання, переробляння та
під час транспортування
НС, пов'язана зі зникненням чи викраденням
небезпечних хімічних речовин (приладів або
30570 устатковання, де їх використовують) з об'єкта +
зберігання, використання, переробляння або під час
транспортування
НС, пов'язана зі зникненням чи викраденням
наркотичних речовин, препаратів і наркотичної
30580 +
сировини з об'єкта зберігання, використання,
переробляння або під час транспортування

112
Загальні висновки
1. Металографічним аналізом показано, що покриття при електродуговій
металлізації є шаруватим матеріалом, сформованим з деформованих частинок,
з'єднаних по контактних поверхнях між собою та з підкладкою. Покриття,
отримане при електродуговій металлізації, має високу пористість (5,56–19,71%) і
низьку адгезію; спостерігається місцеве відшарування покриття від підкладки, а
також утворення тріщин в шарі покриття.
2. Встановлено, що міцність зчеплення напиленої покриття з підкладкою
залежить від методу підготовки поверхні підкладки до металлізації та хімічного
складу електродної проволоки, що використовується для формування напиленого
шару. Найвищі значення твердості напиленого шару досягаються при використанні
електродних проволок марок 40Х13 і 50ХФА на рівні 20,4–22,8 МПа
3. Міцність зчеплення покриття з підкладкою в значній мірі залежить від
технології підготовки поверхні підкладки до металлізації. З досліджених способів
підготовки поверхні підкладки найбільш ефективними є очищення абразивними
колами та ультразвукова обробка.
4. Міцність зчеплення напиленого шару з підкладкою зменшується при
окисленні підкладки і поверхні напилюваних частинок. Для усунення впливу
окислення запропоновано аерозольне флюсування з введенням у транспортуючий
газовий потік і дуговий проміжок флюсу у вигляді водного розчину Na2CO3 з
концентрацією 30–60 г/л і витратою 5–10 мл/хв. Застосування аерозольного
флюсування водним розчином Na2CO3 дозволяє збільшити міцність зчеплення
покриття з підкладкою на 25–52% при зниженні рівня відкритої пористості до 3,9–
5,8%.
5. Збільшення швидкості транспортуючого газового потоку з 155 до 355–
520 м/с сприяє зменшенню розміру напилюваних частинок до 30–60 мкм і
підвищенню міцності зчеплення покриття з підкладкою до 50,5–53,1 МПа при
відкритій пористості 2,5–3,7%.
113
6. За допомогою пакету програм для класичної молекулярної динаміки
LAMMPS було змодельовано процес проникнення іонів міді в мішень з заліза і
розраховано розподіл впровадженої домішки з відстані від поверхні мішені.
Моделювання показало, що на відстані від поверхні мішені близько 130–150 нм
спостерігається пік концентрації впроваджених іонів міді, після чого концентрація
іонів міді поступово знижується майже до нуля. Розрахункова товщина іонно-
легованого шару для флюенса опромінення 1018 см–2 складає 450–520 нм.
7. Встановлено, що найбільше зниження зносу зразків сталі 45 з
напиленим покриттям і без нього при терті в 5,5–6 разів спостерігається при
імплантації іонами титану та сплаву Cu–Pb з флюенсом у діапазоні 5•1016–3,2•1017
см–2. Збільшення флюенса понад 5•1017 см–2 супроводжується зниженням
зносостійкості імплантованого покриття.
8. В результаті стендових випробувань встановлено, що в умовах, що
імітують цикл роботи кліматичної установки в експлуатації в залізничному складі,
термін експлуатації колінчатих валів без покриття обмежений 2,5–2,8 року. В той
же час термін експлуатації колінчастих валів із сталі 45 з напиленим шаром складає
5,3–5,8 року.
114
Список використаної літератури
1. Дейвіс Дж. Р. Поверхнева інженерія для підвищення корозійної та
зносної стійкості / пер. та наук. ред. за фахом. Київ: НТУУ «КПІ», 2005. 680 с.
2. Павлович В. В., Шевченко О. М. Наплавлення та напилення: навч.
посіб. Київ: НТУУ «КПІ», 2013. 160 с.
3. Davis J. R. Surface Engineering for Corrosion and Wear Resistance.
Materials Park, OH: ASM International, 2001. 680 p.
4. Pawlowski L. The Science and Engineering of Thermal Spray Coatings.
2nd ed. Chichester: John Wiley & Sons, 2008. 626 p.
5. Дережук В. В. Підвищення зносостійкості штоку гідроциліндра
плазмовим напиленням: дипломний проєкт. Київ: НТУУ «КПІ імені Ігоря
Сікорського», 2019. 85 с.
6. ASM Handbook. Volume 5A: Thermal Spray Technology / ed. R. C.
Tucker Jr. Materials Park, OH: ASM International, 2013. 950 p.
7. Davis J. R. Handbook of Thermal Spray Technology. Materials Park, OH:
ASM International, 2004. 338 p.
8. Dwivedi D. K. Surface Engineering: Enhancing Life of Tribological
Components. New Delhi: Springer, 2017. 411 p.
9. Matthews A., Leyland A. Surface Engineering and Thin Films. In:
Materials Science and Technology. Weinheim: Wiley-VCH, 2006. 1-34 p.
10. Totten G. E. Steel Heat Treatment: Metallurgy and Technologies. 2nd ed.
Boca Raton: CRC Press, 2006. 912 p.
11. Holmberg K., Matthews A. Coatings Tribology: Properties, Mechanisms,
Techniques and Applications in Surface Engineering. 2nd ed. Amsterdam: Elsevier,
2009. 560 p.
12. ASM Handbook. Volume 8: Mechanical Testing and Evaluation.
Materials Park, OH: ASM International, 2000. 998 p.
13. Tyurin Yu. N., Kuskov Yu. M. Cold Spray Technology. Amsterdam:
115
Elsevier, 2022. 356 p.
14. Lazarenko B. R., Michailov V. V., Gitlevich A. E. Laser action on electro-
spark alloyed coatings // Soviet Journal of Electronic Processing of Materials. 1978. No.
3. P. 24-25.
15. Катеринчук В. П., Рябцев І. А. Відновлення та зміцнення деталей
машин наплавленням і напиленням. Київ: Логос, 2015. 312 с.
16. Закономірності нанесення та зношування електроіскрових покриттів
на основі інтерметаліду NiAl та дибориду CrB2 // Проблеми трибології. 2016. № 2.
С. 31-38.
17. Czichos H., Habig K.-H. Tribology Handbook. 3rd ed. Wiesbaden:
Springer Vieweg, 2015. 839 p.
18. Poate J. M., Foti G., Jacobson D. C. Surface Modification and Alloying
by Laser, Ion, and Electron Beams. New York: Plenum Press, 1983. 796 p.
19. Hirvonen J. K. Ion Implantation. Treatise on Materials Science and
Technology. Vol. 18. New York: Academic Press, 1980. 297 p.
20. Vasileva E. V., Savicheva S. M., Kryukova I. V. Increasing the wear
resistance of ShKh15 steel by ion implantation // Metal Science and Heat Treatment.
1987. Vol. 29, No. 1. P. 59-62.
21. Белий А. В., Карпенко Г. Д., Мишкін Н. К. Структура і методи
формування зносостійких поверхневих шарів. Київ: Наукова думка, 1991. 208 с.
22. Wear resistance of nitrogen-implanted steels / H. Dimigen, K. Kobs, R.
Leutenecker, H. Ryssel, P. Eichinger // Materials Science and Engineering. 1985. Vol.
69. P. 181-190.
23. Ultrahigh dose N-implanted Fe and stainless steel / R. Wei et al. // Nuclear
Instruments and Methods in Physics Research B. 1991. Vol. 59-60. P. 731-736.
24. Phase transformations of a nitrogen-implanted austenitic stainless steel
(X10CrNiTi18-9) / R. Leutenecker, G. Wagner, T. Louis, U. Gonser, L. Guzman, A.
Molinari // Materials Science and Engineering A. 1989. Vol. 115. P. 229-244.
116
25. Fayeulle S., Tréheux D. Friction and wear of a nitrogen implanted
austenitic stainless steel // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B.
1987. Vol. 19-20. P. 216-220.
26. Kobs K., Dimigen H., Denissen C. J. M., Gerritsen E. et al. Surface
modification of steels by ion implantation // Applied Physics Letters. 1990. Vol. 57, No.
16. P. 1622-1624.
27. Sioshansi P., Au J. J. Improvements in sliding wear for bearing-grade steel
implanted with titanium and carbon // Materials Science and Engineering. 1985. Vol. 69.
P. 161-166.
28. Microhardness and nitrogen profiles in ion implanted tungsten carbide
and steels / G. Dearnaley, F. J. Minter, P. K. Rol et al. // Nuclear Instruments and
Methods in Physics Research. 1985. No. 7-8. P. 188-195.
29. Павлов А. В., Павлов П. В., Зорін Є. І., Тетельбаум Д. І. Взаємодія
атомних частинок з твердим тілом. Ч. 2. Київ: Вища школа, 1974. Т. 1. С. 114-116.
30. Guseva M. I. Ion implantation in metals // Surface Engineering and
Applied Surface Science Review. 1982. No. 4. P. 27-50.
31. The microstructure of type 304 stainless steel implanted with titanium and
carbon and its relation to friction and wear tests / L. E. Pope, F. G. Yost, D. M. Follstaedt
et al. // Thin Solid Films. 1983. Vol. 107. P. 259-267.
32. Kustas F. M., Mirsa M. S. Application of ion implantation to improve the
wear resistance of 52100 bearing steel // Thin Solid Films. 1984. Vol. 122. P. 279-286.
33. Singer I. L., Jeffries R. A. Composition and sliding contact behavior of
oxidized titanium-implanted 52100 steel // Materials Science and Engineering A. 1989.
Vol. 115. P. 279-284.
34. Follstaedt D. M., Pope L. E., Knapp J. A., Picraux S. T., Yost F. G.
Microstructure of type 304 stainless steel implanted with titanium and carbon // Thin
Solid Films. 1983. Vol. 107. P. 259-267.
35. Федоров А. В., Васильєва Є. В., Володимиров Б. Г., Гусєва М. І.,
117
Савічева С. М., Терентьєв В. Ф. Дослідження властивостей поверхні сталі після
йонної імплантації // Поверхня. Фізика, хімія, механіка. 1983. № 8. С. 123-131.
36. Follstaedt D. M., Knapp J. A., Pope L. E. et al. Near-surface
microstructure after ion implantation // Nuclear Instruments and Methods in Physics
Research B. 1989. Vol. 42. P. 205-212.
37. Ovchynnykov V. V., Yakutina S. V., Borovyn Yu. M., Lukianenko E. V.,
Korolev S. Yu. Surface modification of 30KhGSN2A steel by Cu-Pb ion implantation //
Dny vědy-2012: Technické vědy. Praha, 2012. P. 9-15.
38. Brown I. G. The Physics and Technology of Ion Sources. 2nd ed.
Weinheim: Wiley-VCH, 2004. 358 p.
39. Anders A. Cathodic Arcs: From Fractal Spots to Energetic Condensation.
New York: Springer, 2008. 540 p.
40. McPherson R. A review of microstructure and properties of plasma
sprayed ceramic coatings // Surface and Coatings Technology. 1989. Vol. 39-40. P. 173-
181.
41. Chirkin V. S. Thermal Properties of Materials. New York: Academic
Press, 1968. 356 p.
42. Kudinov V. V. Temperature and particle velocity in plasma metallization
// Welding International. 1965. Vol. 8. P. 4-5.
43. Schütze A., Jeong J. Y., Babayan S. E., Park J., Selwyn G. S., Hicks R. F.
The atmospheric-pressure plasma jet: A review and comparison to other plasma sources
// IEEE Transactions on Plasma Science. 1998. Vol. 26, No. 6. P. 1685-1694.
44. Stachowiak G. W., Batchelor A. W. Engineering Tribology. 4th ed.
Oxford: Butterworth-Heinemann, 2014. 884 p.
45. Callister W. D., Rethwisch D. G. Materials Science and Engineering: An
Introduction. 10th ed. Hoboken, NJ: Wiley, 2018. 960 p.
46. ISO 4022:1987. Permeable Sintered Metal Materials - Determination of
Fluid Permeability. Geneva: ISO, 1987.
118
47. ASTM C633-13(2021). Standard Test Method for Adhesion or Cohesion
Strength of Thermal Spray Coatings. West Conshohocken, PA: ASTM International,
2021.
48. ISO 14923:2003. Thermal Spraying - Characterization and Testing of
Thermally Sprayed Coatings. Geneva: ISO, 2003.
49. Nikiforov G. D. Welding metallurgy of aluminum alloys // Welding
International. 1972. Vol. 264. P. 1-264.
50. Korobov Yu. S., Polyakova A. M., Yakovleva I. L., Schastlivtsev V. M.
Structure and properties of the transition zone in aluminum parts with sprayed steel
coating // Welding International. 1996. No. 12. P. 20-22.
51. ASM Handbook. Volume 5: Surface Engineering. Materials Park, OH:
ASM International, 1994. 2055 p.
52. Барвінок В. А. Керування напруженим станом і властивості
плазмових покриттів. Київ: Техніка, 1990. 384 с.
53. Kovalevskaya Zh. G., Klimenov V. A., Zaitsev K. V. Research of surface
activating influence on formation of adhesion between gas-thermal coating and steel
substrate // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2015. Vol. 91.
012042.
54. Alkhimov A. P., Klinkov S. V., Kosarev V. F. Experimental study of
deformation and bonding of microparticles at high-velocity impact // Journal of Applied
Mechanics and Technical Physics. 2000. Vol. 41, No. 2. P. 245-250.
55. Sinolitsyn E. K. Strong bonding to a substrate in low-velocity flame
spraying of liquid metal particles. II. Bulk diffusion // Inorganic Materials: Applied
Research. 2003. No. 1. P. 49-52.
56. Marutyanov S. V., Boiko I. A., Golubev A. I. Activation of steel surface
by impact treatment // Physics and Chemistry of Materials Treatment. 1988. No. 2. P.
74-78.
57. Turkdogan E. T. Physical Chemistry of High Temperature Technology.
119
New York: Academic Press, 1980. 448 p.
58. Himics L., Tóth S., Veres M., Tóth A., Koós M. Effective implantation of
light emitting centers by plasma immersion ion implantation and focused ion beam
methods into nanosized diamond // Applied Surface Science. 2015. Vol. 328. P. 577-
582.
59. Gamer L., Düllmann C. E., Enss C., Fleischmann A., Gastaldo L., Hassel
C., Kempf S., Kieck T., Wend K. Simulation and optimization of the implantation of
holmium atoms into metallic magnetic microcalorimeters for neutrino mass
determination experiments // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A.
2017. Vol. 854. P. 139-148.
60. Sharma S. K., Pujari P. K. Embedded Si nanoclusters in α-alumina
synthesized by ion implantation: An investigation using depth dependent Doppler
broadening spectroscopy // Journal of Alloys and Compounds. 2017. Vol. 715. P. 247-
253.
61. Bordes J., Incerti S., Lampe N., Bardiès M., Bordage M.-C. Low-energy
electron dose-point kernel simulations using new physics models implemented in
Geant4-DNA // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. 2017. Vol.
398. P. 13-20.
62. ДСТУ 4163:2020. Державна уніфікована система документації.
Уніфікована система організаційно-розпорядчої документації. Вимоги до
оформлення документів. Київ: ДП «УкрНДНЦ», 2021.
63. ДСТУ 8302:2015. Інформація та документація. Бібліографічне
посилання. Загальні положення та правила складання. Київ: ДП «УкрНДНЦ»,
2016.
64. ДСТУ 3008:2015. Інформація та документація. Звіти у сфері науки і
техніки. Структура та правила оформлювання. Київ: ДП «УкрНДНЦ», 2016.
65. Методичні рекомендації до підготовки, написання та захисту
кваліфікаційної роботи для здобувачів освітнього рівня «магістр» за спеціальністю
120
131 - «Прикладна механіка», освітні програми «Технології машинобудування» та
«Обробка металів за спецтехнологіями» усіх навчання [Електроне видання] /
Уклад.: Г.В. Канашевич, О.О. Коваленко, Є.В. Хижняк; М-во освіти і науки
України, Черкас. технол. ун-т. – Черкаси : ЧДТУ, 2023.

ChSTU repository

ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets