Файл: Кацура, А. А. Высокотемпературное трение окисных керамик на основе корунда.pdf

а

Рпс. 22. Тренпе одноименных образцов шппеели MgALO-i в вакууме

а — нагрев; б — охлашдеппе

стоянныы до температуры порядка 700° (рис. 22, а). При более высоких температурах наблюдалось небольшое снижение коэффициента трения до ~ 0,75 при 1000° С. Дальнейший нагрев приводил к быстрому росту коэффи­ циента трения, который при 1100° был равен 0,95. Одна­ ко уже при 1200° коэффициент трения снова снижался и при 1500° его величина составляла ~ 0,55. При трении шпинели результаты первого испытания соответство­ вали последующим (в отличие от корундовых керамик). Все пять испытаний в режиме нагрева дали сопостави­ мые результаты.

Температурная зависимость коэффициента трения MgAl20 4, полученная в режиме охлаждения (рис. 22, б), весьма сильно отличается от зависимости для нагрева (см. рис. 22, а). При охлаждении до 1400° коэффициент тре­ ния не растет, а снижается, и величина его при этой температуре (0,48) значительно ниже, чем была получена

66

при испытаниях в режиме нагрева (0,67). Только после 1300° начинается быстрый рост коэффициента трения, достигающего максимального значения (~ 1,1) при 900°. Затем наблюдается незначительное снижение коэффи­ циента трения, а в интервале температур от 600 до 100° С его величина остается почти постоянной, равной ~ 0,92.

Трение шпинели поч'Ги во всем интервале температур при испытаниях как в режиме нагрева, так и охлаждения сопровождалось фрикционными автоколебаниями большой амплитуды.

После испытаний поверхности трения были покрыты не­ глубокими концентрическими канавками и продуктами из­ носа в виде белого мелкодисперсного порошка. Величина среднего за пять циклов испытаний износа в сравнеиии с износом корундовых керамик была большой. Интенсив­ ность изнашивания для верхнего образца составляла

0,025 г/км, а для ипжиего — 0,033 г/км.

Коэффициент трения иа воздухе после испытаний в вакууме не определялся, так как во время последнего охлаждения верхний образец был поврежден.

Трение одноименных образцов окиси магния (MgO). При исследовании трения одноименных образцов из оки­ си магния было проведено четыре испытания в режимах нагрева и охлаждения. Результаты испытаний в виде за­ висимостей коэффициента трения от температуры пока­ заны на рис. 23, а, б. После нагрева образцов (без кон­ тактирования) до 1500° G и охлаждения коэффициент трения при комнатной температуре вначале испытания был равен 0,42. Однако уже после трения в течение 5 мин величина его возросла до 0,7. Более продолжительное трение при комнатной температуре (1 ч) к дальнейшему изменению коэффициента трения не приводило. В про­ цессе нагрева коэффициент трения изменялся медленно. До температуры порядка 700° С трение оставалось почти постоянным. При более высоких температурах коэффи­ циент трения начинал снижаться, и при 1400° С его зна­ чение достигало минимума (0,4), Выше этой температуры коэффициент трения снова начинал расти.

Зависимость, полученная в режиме охлаждения (см. рис. 23, б), имеет более протяженный пологий участок с низкими значениями коэффициента трения. Величина 0,41—0,43 сохраняется в интервале температур от 1400 до 1000° С. Ниже 1000° коэффициент трения постепенно

Рис. 23. Трение одноименных образцов MgO в вакууме a — нагрев; б — охлаждение

ратурной зависимости для испытаний в режиме охлаждения располагается ниже аналогичной кривой для нагрева, т. е. в процессе охлаждения были получены более иизкпе значения среднего коэффициента трения. Кроме того, испытания в режиме охлаждения характеризуются боль­ шим по сравнению с испытаниями в режиме нагрева разбросом экспериментальных данных.

После всех испытаний поверхности трения были по­ крыты порошкообразными продуктами износа. Суммарный износ не определялся.

2. Тренпе одноименных окислов на воздухе

Исследование трения одноименных окислов на воздухе проводилось на образцах, которые уже были испытаны в вакууме, без дополнительной обработки поверхностей тре­ ния. В результате были получены температурные зависи­ мости, характерные для поврежденных в процессе тре­ ния шероховатых поверхностей. Поэтому при трении на воздухе в процессе первого испытания не были получены

68

зависимости, отличные от последующих, и результаты всех испытаний имели хорошую воспроизводимость. Из­ нос образцов при трении на воздухе не определялся.

Трение одноименных образцов чистой окиси алюминия (А120 3). Температурная зависимость коэффициента тре­ ния для чистой окиси алюминия па воздухе, полученная в режиме нагрева, показана на рис. 24, а. В процессе нагрева от комнатной температуры до 400—500° С коэф­ фициент трения повышается, его среднее значение изме­ няется от 0,23 до 0,75—0,78. Выше 500° С трение начинает падать, и при 1500° коэффициент трения равен ~ 0,16. Такая же по характеру зависимость была получена при испытаниях в режиме охлаждения (рис. 24, б), но в ин­ тервале температур 1300—600° С были получены более низкие значения коэффициента трения, а температура, соответствующая максимуму на кривой, смещена на 100° в область более низких температур. Номинальные зна­ чения коэффициентов трения при последовательных цик­ лических испытаниях изменялись с каждым новым испы-

Рис. 24. Трение одноименных образцов А1,Оа на воздухе

о — нагрев; б — охлаждение

69

танпем, а именно: в первом испытании во всем интервале температур были получены самые высокие, а в последнем (пятом) самые низкие значения коэффициента трения. В результате испытаний на воздухе шероховатость поверх­ ностей трепня уменьшилась, что свидетельствует об эф­ фекте приработки поверхностей при трении на воздухе.

Трение одноименных образцов окиси агаомнния, ле­ гированной окисью магния. Трение легированных окисыо магния корундовых керамик на воздухе, как и в вакууме, по характеру подобно трению чистой окиси алюминия.

Как и при трении чистой окиси алюминия, в процессе нагрева (рис. 25, а; 26, а; 27, а) происходит рост коэффициента трения, достигающего максимума при

рующего компонента (MgO) отличаются по величине коэф­ фициента трения, располагаясь в той же последовательно­

охлаждения (рис. 25, б; 26, б; 27, б), очень мало отличаются от полученных в режиме пагрева; наблюдается лишь не­ большое смещение кривых в сторону более низких тем­ ператур. Как и для чистой окиси алюминия, в результате испытаний на воздухе шероховатость поверхностей тре­ ния уменьшилась.

Трение одноименных образцов шпинели (MgAl20 4). Трение шпинели на воздухе существенно отличается от трения в вакууме. На рис. 28 показана температурная зависимость коэффициента трения, полученная в режиме нагрева. В интервале температур от комнатной до 300° С значения коэффициентов трения невысокие (—-^0,3) и почти не изменяются. При нагреве выше 300° происходит быстрый рост коэффициента трения, значения которого в интервале температур 400—600° даже несколько превы­ шают полученные в вакууме. Дальнейший нагрев приводит к некоторому снижению трения, и при 900—1000° С коэф­ фициент трения равен ~ 0,8. Выше 1000° происходит быст­ рый рост коэффициента трения, и при 1300° С значение его превысило'1,5. Трение при этом сопровождалось скачками

70

Рпс. 27. Трение одноименных образцов А1,03 с 3% MgO на воздухе

а — нагрев; б — охлаждение

Рис. 28. Трение одноименных образцов шпинели MgAl2C>4на возду­ хе в режиме нагрева

с большой амплитудой. Попытка провести испытания при температурах выше 1300° С привела к поломке нижнего образца в результате образования на поверхности трения узла схватывания. Аналогичная картина повторялась при испытании трех пар образцов (нижние образцы в резуль­

72

тате очень высокого трения разрушались). В связи с этим были проведены три испытания до 1300° только в режиме нагрева. После охлаждения соединившиеся образцы по поверхности трения разделить не удалось. На рис. 29 показана микрофотография шлифа зоны соединения (схва­ тывания), на ряде участков которого хорошо видны обра­ зовавшиеся общие зерна.

Трение одноименных образцов окиси магния. После испытаний в вакууме образцы из окиси магния без до­ полнительной обработки поверхностей трения испытыва­ лись на воздухе. Было проведено три испытания. Тем­ пературная зависимость трения окиси магния на воздухе мало отличается от полученной в вакууме. На рис. 30, а показана температурная зависимость коэффициента тре­ ния, полученная в режиме нагрева. С повышением тем­ пературы от комнатной до 100° С происходит незначи­ тельный рост коэффициента трения (до 0,75). Но уже выше 300° С начинается медленное снижение трения и при 1000° С значение коэффициента не превышает 0,3. В ин­ тервале температур от 1200 до 1500° С наблюдается не­ значительное увеличение коэффициента трения (до 0,48 при температуре 1500° С). Зависимость, полученная в режиме охлаждения (рис. 30, б), практически повторяет описанную выше для режима нагрева.

После испытаний образцы имели гладкие поверхности трения, повреждения были незначительны. В процессе трения на воздухе произошла «приработка» поверхностей, полученных в результате испытаний в вакууме.

3.Трение окиси алюминия

сметаллами в вакууме

Исследования трения окиси алюминия в сочетании с металлами производились для определения характера взаимодействия этих материалов при трении в широком диапазоне температур. Трение окисньтх керамик по ме­ таллам представляет интерес не только с точки зрения использования таких сочетаний материалов в подвижных сопряжениях при высоких температурах. Роль взаимо­ действия этих материалов очень велика и при обработке металлов минералокерамическими резцами.

В качестве окисиого образца нами была выбрана ко­ рундовая керамика КС-37 — широко применяемый в

73