Коротаев Дмитрий Николаевич — доктор технических наук, професcор кафедры механики и инженерной графики
23, Миклухо-Маклая ул., Москва 117997, РоссияТел.: +7 (929) 362-82-13
PIN-код: 6607-4877
Dmitry N. Korotaev — Dr. of Sci. (Tech.), Prof. of Department of Mechanics and Engineering Graphics
23, Miklukho-Maklaya str., Moscow 117997, RussiaTel.: +7 (929) 362-82-13
SPIN-code: 6607-4877
Иванова Елена Владимировна — кандидат технических наук, доцент кафедры общей физики
23, Миклухо-Маклая ул., Москва 117997, Россия
Тел.: +7 (923) 769-77-35
SPIN-код: 5093-2970
Elena V. Ivanova — Cand. of Sci. (Tech.), Associate Professor of Departments of General Physics
23, Miklukho-Maklaya str., Moscow 117997, RussiaTel.: +7 (923) 769-77-35
SPIN-code: 5093-2970
Введение. Развитие современной техники и технологий геолого-разведочных работ, горнодобывающих процессов требует решения задач, связанных с обеспечением надежности, долговечности деталей механизмов, работающих в условиях повышенных температур и давлений при наличии агрессивной внешней среды. В связи с этим возникает необходимость в создании функциональных покрытий, обладающих уникальными физико-механическими и эксплуатационными свойствами.Цель — повышение эксплуатационных свойств электроискровых покрытий на основе анализа причинно-следственной диаграммы и регрессионного исследования технологических режимов обработки стальных деталей геолого-разведочного оборудования (на примере штоков гидроцилиндров буровых насосов).Материалы и методы. Для упрочнения стальных поверхностей деталей гидравлического оборудования применена технология электроискрового легирования (ЭИЛ) на механизированной установке IMES-1001 с использованием твердосплавных электродов и различных газовых сред. С целью выявления причинно-следственных связей между факторами воздействия на упрочняемую поверхность и установления наиболее важных факторов, влияющих на качество сформированного покрытия, использована диаграмма Исикавы и выполнен регрессионный анализ. Оценка адгезионной активности полученных покрытий осуществлялась методом атомно-силовой микроскопии. Для этого проводили исследования на сканирующем зондовом микроскопе Solver PRO в полуконтактном режиме сканирования на воздухе с использованием зондовых датчиков марки NSG10 с резонансной частотой 219 кГц и радиусом закругления острия зонда 10 нм. При определении силы адгезионного взаимодействия зонда и поверхности в одной точке абсолютная погрешность составляла 15 нН. Трибологические испытания осуществлялись на стандартной машине трения 2070-СМТ-1 по схеме «диск — колодка».Результаты. На основе анализа причинно-следственной диаграммы установлено, что одним из доминирующих факторов, который влияет на качество формируемых слоев и покрытий на поверхности, являются технологические режимы установки электроискрового легирования. Для того чтобы выявить, какой из технологических параметров оказывает наибольшее влияние, выполнен регрессионный анализ, который показал, что наибольшее влияние на силу адгезии сформированного ЭИЛ покрытия имеет емкость конденсаторов установки. Следовательно, для уменьшения силы адгезионного взаимодействия поверхностей и, как следствие, повышения их износостойкости необходимо при реализации технологии ЭИЛ увеличивать емкость конденсаторов с одновременным уменьшением напряжения и времени обработки. На основе трибологических испытаний сделан вывод, что минимальная скорость изнашивания покрытия может быть получена при легировании стальной поверхности в среде кислорода твердосплавным электродом на основе карбида вольфрама с добавками элементов, образующих с материалом поверхности неограниченные твердые растворы и выполняющих роль флюсов (Ni-Cr-B-Si).Заключение. В связи с тем, что при реализации горнодобывающих и геолого-разведочных процессов повышаются требования к эксплуатационным характеристикам металлических поверхностей деталей, вступающих во фрикционное взаимодействие, возникает необходимость в совершенствовании технологий создания функциональных (износостойких) покрытий.
Introduction. The development of modern equipment and technologies for geological exploration and mining processes raises the problem of ensuring the reliability and durability of mechanic units operating under the conditions of elevated temperatures and pressures in the presence of aggressive external environments. In this regard, there is a need to create functional coatings with unique physical, mechanical and operational properties.Aim. To improve the performance of electrospark coatings based on an analysis of a cause-andeffect diagram and a regression study of the technological modes of processing steel units of geological exploration equipment (on the example of hydraulic cylinder rods of drilling pumps).Materials and methods. To harden the steel surfaces of hydraulic equipment parts, the technology of electrospark deposition (ESD) was used on an IMES-1001 mechanized installation using carbide electrodes and various gas media. In order to identify causal relationships between the factors affecting the hardened surface and to establish the most important factors affecting the quality of the formed coating, the Ishikawa diagram method was used and a regression analysis was performed. The adhesion activity of the obtained coatings was assessed by atomic force microscopy on a Solver PRO scanning probe microscope in a semi-contact air scanning mode using NSG10probe sensors with a resonance frequency of 219 kHz and a radius of curvature of the probe tip of 10 nm. When determining the strength of the adhesive interaction of the probe and the surface at one point, the absolute error was 15 nN. Tribological tests were carried out on a 2070-СМТ-1 standard friction machine according to the “disk-shoe” scheme.Results. The obtained cause-and-effect diagram showed that the technological modes of an electrospark deposition installation comprise a determining factor affecting the quality of the formed layers and coatings. In order to identify those process parameters that had the greatest effect, a regression analysis was carried out. The capacitance of the unit capacitors was found to have the greatest impact on the adhesion force formed by the ESD coating. Therefore, in order to reduce the strength of the adhesive interaction of surfaces and, as a result, increase their wear resistance, it is necessary to increase the capacitance of capacitors while reducing the voltage and processing time when implementing the ESD technology. On the basis of tribological tests, it is concluded that the minimum wear rate of coatings can be obtained by alloying the steel surface in an oxygen environment with a carbide electrode based on tungsten carbide with additives of elements that form unlimited solid solutions with the surface material and perform the role of fluxes (Ni-Cr-B-Si).Conclusion. Due to strict requirements to the performance of metal surfaces of units that enter into frictional interaction during the implementation of mining and exploration processes, there is a need to improve existing technologies for creating functional (wear-resistant) coatings.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.