RU2567125C2 - Wear-resistant anti-friction coating - Google Patents

Wear-resistant anti-friction coating Download PDF

Info

Publication number
RU2567125C2
RU2567125C2 RU2013152148/02A RU2013152148A RU2567125C2 RU 2567125 C2 RU2567125 C2 RU 2567125C2 RU 2013152148/02 A RU2013152148/02 A RU 2013152148/02A RU 2013152148 A RU2013152148 A RU 2013152148A RU 2567125 C2 RU2567125 C2 RU 2567125C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
layer
friction
wear
titanium
coating
Prior art date
Application number
RU2013152148/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013152148A (en
Inventor
Алексей Владиславович Сагалович
Владислав Викторович Сагалович
Виктор Васильевич Попов
Александр Владимирович Кононыхин
Владимир Иванович Богославцев
Original Assignee
Публичное акционерное общество "ФЕД"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Публичное акционерное общество "ФЕД" filed Critical Публичное акционерное общество "ФЕД"
Priority to RU2013152148/02A priority Critical patent/RU2567125C2/en
Publication of RU2013152148A publication Critical patent/RU2013152148A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2567125C2 publication Critical patent/RU2567125C2/en

Links

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to precision wear-resistant anti-friction coatings obtained by vacuum-arc deposition, and can be used in machine building, aircraft construction, in building structures with improved anti-erosion, anti-friction and protective properties. The wear-resistant anti-friction coating for friction pair components contains a nitrated layer and aluminium and titanium nitride layers. The nitrated surface of the component has a first layer of titanium. The second layer is in the form of alternating nanolayers of titanium and titanium nitride. After the third layer, which is in the form of alternating nanolayers of titanium nitride and aluminium nitride, there is a fourth layer made of aluminium nitride.
EFFECT: providing high wear-resistance of the coating, including resistance to an erosive aggressive medium; high operating reliability of serial and new structures in friction assemblies with a distribution valve and prolonging the service life thereof 5-20 times.
5 cl, 3 tbl

Description

Изобретение относится к прецизионным износостойким антифрикционным покрытиям, полученным путем вакуумно-дугового осаждения, и может быть использовано в машиностроении, авиастроении, при создании конструкций с повышенными антиэрозионными, антифрикционными и защитными свойствами.The invention relates to precision wear-resistant antifriction coatings obtained by vacuum arc deposition, and can be used in mechanical engineering, aircraft construction, when creating structures with increased anti-erosion, antifriction and protective properties.

Известно, что одним из наиболее ответственных элементов насосов, в частности насосов HP180 и НТ40, широко используемых в агрегатах топливопитания и регулирования авиадвигателей, является распределительный золотник (пара опора-пята).It is known that one of the most critical elements of pumps, in particular the HP180 and NT40 pumps, which are widely used in fuel supply and aircraft engine control units, is a distribution spool (a pair of heel).

Плоский распределительный золотник разделяет полости всасывания и нагнетания насоса. По рабочей плоскости золотника, упрочненной азотированием до твердости ≥770 HV, скользит бронзовый качающий узел, обеспечивая подачу топлива насосом с требуемым давлением.The flat distribution spool divides the suction and discharge cavities of the pump. A bronze pumping unit slides along the working plane of the slide valve, hardened by nitriding to a hardness of ≥770 HV, providing fuel supply to the pump with the required pressure.

Для обеспечения работоспособности насоса рабочие плоскости золотника и качающего узла изготавливают с неплоскостностью ≤0,001 мм и шероховатостью Ra=0,08.To ensure the operability of the pump, the working planes of the spool and the pumping unit are made with a non-flatness ≤0.001 mm and a roughness R a = 0.08.

Упомянутая выше трибологическая пара работатает в среде авиационного топлива (керосины различного качества) в условиях значительно более жесткого фрикционного контакта, чем другие пары, при гораздо более высоких скоростях (вращение до 7000 об/мин) и давлениях (воспринимаемые удельные давления до 20 кг/см2). Поэтому недостаточное сопротивление износу золотниковой пары может существенно ограничивать ресурсные показатели насоса, а также приводить к отказам из-за потери работоспособности пары трения [Селезнев Л.И., Рыженков В.А. Оценка длительности инкубационного периода эрозионного износа. - Технология металлов, №3, 2007].The tribological pair mentioned above operates in the environment of aviation fuel (kerosene of various qualities) under conditions of significantly more severe frictional contact than other pairs, at much higher speeds (rotation up to 7000 rpm) and pressures (perceived specific pressures up to 20 kg / cm 2 ). Therefore, insufficient resistance to wear of the spool pair can significantly limit the resource indicators of the pump, and also lead to failures due to the loss of operability of the friction pair [Seleznev L.I., Ryzhenkov V.A. Estimation of the duration of the incubation period of erosion wear. - Technology of metals, No. 3, 2007].

Известно, что наиболее эффективный путь значительного повышения износостойкости конструкционных материалов - использование и совершенствование защитных покрытий.It is known that the most effective way to significantly increase the wear resistance of structural materials is the use and improvement of protective coatings.

Износостойкое и коррозионностойкое покрытие может представлять собой, например, многократно чередующиеся слои коррозионностойких слоев металла, выбранных из группы, содержащей молибден, ниобий, тантал, вольфрам, хром, титан, цирконий, никель или сплавы на их основе. Известно, например, трехслойное покрытие, первый слой которого представляет собой слой одного металла или смеси металлов IVA или VIA групп Периодической системы элементов Менделеева, сформированный в среде нейтрального газа, второй - в смеси нейтрального и реакционного газов, а третий представляет собой слой нитридов, карбидов, боридов или их смеси [см. описание к патенту РФ 2161661, М. кл. С23С 14/16, опубл. 10.01.2001]. Покрытие содержит подслой из скандия, иттрия или редкоземельных металлов толщиной 0,02-0,08 мкм, количество слоев может быть от x до 500, толщины слоев находятся в соотношении(0,02-5,0):(0,04-10):(0,1-12,5), а толщины первых двух слоев находятся в соотношении 1,0:2,0:2,5.The wear-resistant and corrosion-resistant coating can be, for example, repeatedly alternating layers of corrosion-resistant metal layers selected from the group consisting of molybdenum, niobium, tantalum, tungsten, chromium, titanium, zirconium, nickel or alloys based on them. It is known, for example, a three-layer coating, the first layer of which is a layer of one metal or a mixture of metals of groups IVA or VIA of the Periodic Table of the Elements, formed in a neutral gas medium, the second in a mixture of neutral and reaction gases, and the third is a layer of nitrides, carbides borides or mixtures thereof [see Description to the patent of the Russian Federation 2161661, M. cl. C23C 14/16, publ. 01/10/2001]. The coating contains a sublayer of scandium, yttrium or rare earth metals with a thickness of 0.02-0.08 microns, the number of layers can be from x to 500, the thickness of the layers are in the ratio (0.02-5.0) :( 0.04-10 ) :( 0.1-12.5), and the thicknesses of the first two layers are in the ratio 1.0: 2.0: 2.5.

Описанное выше покрытие обладает износостойкостью, однако она недостаточна для упомянутых выше жестких условий эксплуатации.The coating described above is wear resistant, however, it is insufficient for the aforementioned harsh operating conditions.

Известно износостойкое ионно-плазменное покрытие на основе нитрида хрома, нанесенное на металлическое изделие [см. описание к патенту РФ №2 025 543, М. кл. С23С 14/08, опубл. 30.12.1994 г.], содержащее ванадий в составе нитрида (Cr-V)N, при следующем соотношении хрома и ванадия, ат.%: Сr 28-50, V50-72.Known wear-resistant ion-plasma coating based on chromium nitride deposited on a metal product [see Description to the patent of the Russian Federation No. 2 025 543, M. cl. C23C 14/08, publ. December 30, 1994], containing vanadium in the composition of nitride (Cr-V) N, with the following ratio of chromium and vanadium, at.%: Cr 28-50, V50-72.

Описанное выше покрытие может использоваться в промышленности для повышения износостойкости режущего и технологического инструмента, обладает относительной износостойкостью 1-3.08, которая изменяется в зависимости от состава.The coating described above can be used in industry to increase the wear resistance of cutting and technological tools, has a relative wear resistance of 1-3.08, which varies depending on the composition.

Износостойкость такого покрытия относительно высока, но его применение ограничено, в основном, режущим инструментом, т.е. рассчитано на возможность быстрого восстановления в условиях промышленного производства.The wear resistance of such a coating is relatively high, but its use is limited mainly by cutting tools, i.e. It is designed for the possibility of rapid recovery in industrial production.

Известно также износостойкое ионно-плазменное покрытие на основе сложного нитрида титана, алюминия и хрома (TixAlyCrz)N, нанесенное на металлическое или керамическое изделие [см. описание к патенту РФ №2050060, М. кл. С23С 14/06, опубл. 27.11.2010 г.], в котором содержание хрома (z) зависит от содержания алюминия и титана и находится в пределах от 1/7 до 1/5 от (x-y), при этом 0,05≤x≤y, x/y<1.Also known is a wear-resistant ion-plasma coating based on complex nitride of titanium, aluminum and chromium (Ti x Al y Cr z ) N, deposited on a metal or ceramic product [see Description to the patent of the Russian Federation No. 2050060, M. cl. C23C 14/06, publ. November 27, 2010], in which the content of chromium (z) depends on the content of aluminum and titanium and is in the range from 1/7 to 1/5 of (xy), while 0.05≤x≤y, x / y <1.

Описанное выше покрытие обладает повышенной износостойкостью и может быть использовано для режущего инструмента, т.е. его функциональные возможности также ограничиваются этой областью.The coating described above has enhanced wear resistance and can be used for cutting tools, i.e. its functionality is also limited to this area.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению по назначению, технической сущности и достигаемому результату при использовании является многослойное, износостойкое покрытие, содержащее азотированный слой и слои нитрида титана и алюминия [см. описание к патентной заявке США № US 2009/0123737. Покрытие обработанной поверхности, устойчивое к эрозии твердыми частицами. М. кл. В32В 18/00, опубл. 14.05.2009 г.], в котором нитрид титана расположен на азотированном слое, полученном обычным путем, и чередуется со слоями AlCrN толщиной от 10 нм до 100 нм при общей толщине от 19 мк до 20 мк.The closest to the claimed technical solution for the purpose, technical nature and the achieved result when using is a multilayer, wear-resistant coating containing a nitrided layer and layers of titanium and aluminum nitride [see US Patent Application Description No. US 2009/0123737. Coating of the treated surface, resistant to erosion by solid particles. M. cl. B32B 18/00, publ. May 14, 2009], in which titanium nitride is located on the nitrided layer obtained in the usual way and alternates with AlCrN layers with a thickness of 10 nm to 100 nm with a total thickness of 19 microns to 20 microns.

Такое покрытие способно оказать заметное сопротивление износу. Однако формирование такого покрытия сопровождается существенным изменением геометрических параметров рабочих поверхностей. Для использования обработанных поверхностей в целом ряду устройств необходима их дополнительная механическая обработка, связанная с уменьшением толщины покрытия до 1-2 мкм, сводящая на нет результаты химико-термической обработки.Such a coating can provide noticeable resistance to wear. However, the formation of such a coating is accompanied by a significant change in the geometric parameters of the working surfaces. To use the treated surfaces in a whole series of devices, their additional mechanical treatment is necessary, associated with a decrease in the coating thickness to 1-2 microns, negating the results of chemical-thermal treatment.

Современные исследования в области создания новых материалов с рекордными характеристиками по износостойкости, шероховатости, возможности работать в экстремальных условиях тесно связаны с направлением нанотехнологий, которые позволяют формировать многокомпонентные композиции со структурными элементами, которые имеют размеры от нескольких сотен до единиц нанометров. Такие материалы по сравнению с материалами такого же состава с обычной структурой могут иметь в несколько раз более высокие соответствующие характеристики по трибологическим и другим свойствам.Modern research in the field of creating new materials with record characteristics in terms of wear resistance, roughness, and the ability to work in extreme conditions are closely related to the direction of nanotechnology, which allows the formation of multicomponent compositions with structural elements that have sizes from several hundred to several nanometers. Such materials, compared with materials of the same composition with a conventional structure, can have several times higher corresponding characteristics in terms of tribological and other properties.

В основу изобретения поставлена задача улучшения износостойкого антифрикционного покрытия деталей пар трения, в котором вследствие выполнения первого слоя из титана на предварительно азотированной поверхности детали пары трения, второго слоя в виде чередующихся нанослоев титана и нитрида титана, выполнения третьего слоя, в виде чередующихся нанослоев нитрида титана и нитрида алюминия, и четвертого слоя из нитрида алюминия, обеспечивается новый технический результат. Он заключается в создании переходного слоя, обеспечивающего плавное изменение пластичности слоя при переходе от хрупкого состояния азотированной основы через твердые нанослои к внешнему приработочному покрытию нитридом алюминия, имеющего высокую химическую инертность. Этот поверхностный приработочный слой в процессе приработки обеспечивает лучшее сопряжение трущихся поверхностей, что способствует повышению износостойкости нанослойного покрытия TiN-AlN и обеспечивает сопротивляемость покрытия в целом к износу любого вида, в том числе эрозионному воздействию агрессивной среды.The basis of the invention is the task of improving the wear-resistant antifriction coating of parts of friction pairs, in which, due to the execution of the first layer of titanium on the previously nitrided surface of the part of the friction pair, the second layer in the form of alternating nanolayers of titanium and titanium nitride, the execution of the third layer in the form of alternating nanolayers of titanium nitride and aluminum nitride, and the fourth layer of aluminum nitride, provides a new technical result. It consists in creating a transition layer that provides a smooth change in the plasticity of the layer during the transition from the brittle state of a nitrided base through solid nanolayers to an external running-in coating with aluminum nitride having a high chemical inertness. This surface running-in layer during the running-in provides the best mating of the rubbing surfaces, which contributes to the increase of the wear resistance of the TiN-AlN nanolayer coating and provides the resistance of the coating as a whole to any type of wear, including the erosive effect of aggressive media.

Поставленная задача решается тем, что в известном износостойком покрытии, содержащем азотированный слой и слои нитрида титана и алюминия, согласно изобретению на предварительно азотированной поверхности детали пары трения первый слой выполнен из титана, второй слой выполнен в виде чередующихся нанослоев титана и нитрида титана, третий слой выполнен также в виде чередующихся нанослоев нитрида титана и нитрида алюминия, а четвертый слой выполнен из нитрида алюминия.The problem is solved in that in the known wear-resistant coating containing a nitrided layer and layers of titanium and aluminum nitride, according to the invention, on the previously nitrided surface of the friction pair part, the first layer is made of titanium, the second layer is made in the form of alternating nanolayers of titanium and titanium nitride, the third layer made also in the form of alternating nanolayers of titanium nitride and aluminum nitride, and the fourth layer is made of aluminum nitride.

Согласно изобретению, первый слой из титана выполнен толщиной 0,2-0,3 мкм.According to the invention, the first layer of titanium is made with a thickness of 0.2-0.3 microns.

Согласно изобретению, второй слой выполнен в виде чередующихся нанослоев титана и нитрида титана с периодом повторяемости 10 нм и толщиной отдельных нанослоев соответственно 2 нм и 8 нм, при этом суммарная его толщина составляет 0,2-0,3 мкм.According to the invention, the second layer is made in the form of alternating nanolayers of titanium and titanium nitride with a repeatability period of 10 nm and a thickness of individual nanolayers of 2 nm and 8 nm, respectively, with a total thickness of 0.2-0.3 microns.

Согласно изобретению, третий слой выполнен в виде чередующихся нанослоев нитрида титана и нитрида алюминия TiN-AlN (50/50) с периодом повторяемости 20 нм и одинаковой толщиной отдельных нанослоев, при этом суммарная его толщина составляет 0,5-0,7 мкм.According to the invention, the third layer is made in the form of alternating nanolayers of titanium nitride and aluminum nitride TiN-AlN (50/50) with a repeatability period of 20 nm and the same thickness of individual nanolayers, while its total thickness is 0.5-0.7 microns.

Согласно изобретению, четвертый слой выполнен из нитрида алюминия толщиной 0,3-0,5 мкм.According to the invention, the fourth layer is made of aluminum nitride with a thickness of 0.3-0.5 microns.

Как видно из изложения сущности заявляемого технического решения, оно отличается от прототипа и, следовательно, является новым.As can be seen from the statement of the essence of the claimed technical solution, it differs from the prototype and, therefore, is new.

Заявляемое техническое решение обладает изобретательским уровнем. Оно принципиально отличается от известных тем, что обеспечивает создание покрытий с высоким сопротивлением износу и задиру при сохранении прочностных характеристик прецизионных деталей, работающих в условиях высоких скоростей относительного движения деталей пары трения и значительной осевой нагрузки со стороны диска на опору.The claimed technical solution has an inventive step. It fundamentally differs from the known ones in that it provides the creation of coatings with high wear and tear resistance while maintaining the strength characteristics of precision parts operating at high speeds of relative motion of parts of the friction pair and significant axial load from the disk to the support.

Предлагаемое техническое решение промышленно применимо и реализовано в виде покрытия с помощью оборудования, изготовленного в условиях современного производства.The proposed technical solution is industrially applicable and implemented in the form of a coating using equipment manufactured in a modern production environment.

В табл. 1 показаны характеристики покрытий, нанесенных на образцы из стали 8Х4В9Ф2-Ш.In the table. 1 shows the characteristics of coatings deposited on samples of steel 8X4V9F2-Sh.

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Измерение микротвердости HV100 на образце-свидетеле с помощью микротвердомера ПМТ-3 дало значения Hv=3000-3200 Vickers. Толщина покрытий 9 мкм.
Figure 00000002
The microhardness measurement of HV 100 on a witness specimen using a PMT-3 microhardness tester gave Hv = 3000-3200 Vickers. Coating thickness 9 microns.

Figure 00000003
Измерения нанотвердости и модуля Юнга в покрытиях на образцах-свидетелях с помощью прибора для измерения нанотвердости фирмы CSM (Швейцария) (скорость нагружения 20,00 mH/min, max глубина 100,00 nm при нагрузке 0,6 Г, обработка результатов - в модели Оливера-Фара), Н=2500-3000 МРа, Е=250-300 GPa, коэффициент Пуассона К=0,30. Толщина покрытий 1,5 мкм является оптимальной.
Figure 00000003
Measurements of nanosolidity and Young's modulus in coatings on witness samples using a CSM nanoscale firm (Switzerland) (loading rate 20.00 mH / min, max depth 100.00 nm at a load of 0.6 G, processing of the results in the model Oliver-Farah), N = 2500-3000 MPa, E = 250-300 GPa, Poisson's ratio K = 0.30. A coating thickness of 1.5 μm is optimal.

Были проведены трибологические испытания по определению значений коэффициентов трения Fтр, износо- и задиростойкости в широком диапазоне значений PV (до значений PV≥2000 [кГс/см2×м/сек]) по схеме «кубик-ролик» в парах сталь 8Х4В9Ф2-Ш - бронзы и покрытий (TiAlN-AlN) в паре с бронзами:Tribological tests were carried out to determine the values of the friction coefficients F tr , wear and tear resistance in a wide range of PV values (up to PV≥2000 [kgf / cm 2 × m / s]) according to the “cube-roller” scheme in steel pairs 8X4V9F2- Ш - bronzes and coatings (TiAlN-AlN) paired with bronzes:

- бронза Бр.010С2Н3, обработанная по заводской технологии;- Br.010С2Н3 bronze, processed according to the factory technology;

- бронза Бр.Су3Н3ЦС20Ф0,2 (ВБ23 НЦ), обработанная по заводской технологии;- Bronze Br.Su3N3TSS20F0.2 (VB23 NTs), processed according to the factory technology;

- бронза Бр.Су6Ф0,9 (ВБ-24), обработанная по заводской технологии.- Bronze Br.Su6F0.9 (VB-24), processed according to the factory technology.

При этом получено, что пары трения, рабочие поверхности которых имеют нанослойные покрытия, испытанные в условиях граничной смазки (рабочая жидкость - авиационное топливо ТС-1), характеризуются:Moreover, it was found that friction pairs, the working surfaces of which have nanolayer coatings, tested under boundary lubrication conditions (working fluid — TC-1 aviation fuel) are characterized by:

- высокой устойчивостью к задирообразованию;- high resistance to bullying;

- наилучшей прирабатываемостью рабочих поверхностей - «покрытие (TiAlN-AlN) - бронза Бр.010С2Н3, обработанная по заводской технологии»;- the best workability of working surfaces - “coating (TiAlN-AlN) - Br.010С2Н3 bronze, processed according to the factory technology”;

- отсутствием вторичной прирабатываемости, при этом продолжительность периода приработки ≈60 мин, после которой величины коэффициентов трения стабилизируются и, при неизменной нагрузке 1600Н, находятся в пределах 0,09…0,1;- the lack of secondary run-in, the duration of the running-in period ≈60 min, after which the values of the friction coefficients stabilize and, with a constant load of 1600N, are in the range 0.09 ... 0.1;

- наилучшей износостойкостью обеих рабочих поверхностей при отсутствии схватывания пары «покрытие (TiAlN-AlN) - бронза Бр.Су6Ф0,9 (ВБ-24), обработанная по заводской технологии».- the best wear resistance of both working surfaces in the absence of setting of the pair “coating (TiAlN-AlN) - bronze Br.Su6F0.9 (VB-24), processed according to the factory technology”.

Сопротивление износу пар трения - бронза как собственно образцов, так и пар в целом, максимально и существенно превышает сопротивление «базовой» пары «8Х4В9Ф2-Ш - бронза Бр.Су3Н3ЦС20Ф0,2 (ВБ23 НЦ)», лучшую в настоящее время при работе в авиационном топливе.The wear resistance of friction pairs — bronze of both the samples and the pairs as a whole — is maximum and significantly higher than the resistance of the “base” pair “8X4V9F2-Sh - bronze Br.Su3N3TsS20F0.2 (VB23 NTs)”, the best at present in aviation fuel.

Весовой износ, выявленный после 8 часов износных испытаний, составлял:The weight wear detected after 8 hours of wear tests was:

- минимум в 12 раз меньший, чем у «базовой» пары в целом;- at least 12 times smaller than the “base” pair as a whole;

- минимум в 2,5 раза меньший для более твердого образца пары;- at least 2.5 times smaller for a harder sample pair;

- минимум в 44 раза меньший для более мягкого образца пары;- at least 44 times smaller for a softer pair sample;

- на «прямых» парах после 8 часов испытаний покрытия показали практически нулевой износ или износ, не выявляемый применяемыми методами контроля, что свидетельствует об очень высокой стойкостью к износу указанных пар. Установлено, что коэффициент трения более низкий у пары «покрытие (TiAlN-AlN) - бронза Бр.Су6Ф0,9 (ВБ-24), 8- on “direct” pairs after 8 hours of testing, the coatings showed practically zero wear or wear, not detected by the applied control methods, which indicates a very high wear resistance of these pairs. It was found that the friction coefficient is lower for the pair “coating (TiAlN-AlN) - bronze Br.Su6F0.9 (VB-24), 8

обработанная по заводской технологии», чем у «базовой» пары «8Х4В9Ф2-Ш - бронза Бр.Су3Н3ЦС20Ф0,2 (ВБ23 НЦ)».processed according to the factory technology ”than with the“ base ”pair“ 8X4V9F2-Sh - bronze Br.Su3N3TSS20F0.2 (VB23 NTs) ”.

Наименьший коэффициент трения имела пара - покрытие, с твердостью 3200 HV и толщиной 0,001…0,002 мм, нанесенное на рабочую шлифованную поверхность азотированной стали 8Х4В9Ф2-Ш с шероховатостью Ra ▼10 без какой-либо последующей механообработки.The smallest coefficient of friction had a pair - coating, with a hardness of 3200 HV and a thickness of 0.001 ... 0.002 mm, deposited on the working polished surface of nitrided steel 8X4V9F2-Sh with a roughness of Ra ▼ 10 without any subsequent machining.

Величина коэффициента трения пары не превышала 0,095 во всем диапазоне нагрузок, а при максимальной нагрузке составляла 0,065, что соответствует минимальному значению, полученному для пар трения с исследованными покрытиями.The value of the friction coefficient of the pair did not exceed 0.095 in the entire load range, and at maximum load it was 0.065, which corresponds to the minimum value obtained for friction pairs with the coatings studied.

Вышеизложенное, а также то, что бронза Бр.Су6Ф0,9 (ВБ-24) крайне нетехнологична в диффузионной сварке, применяющейся в серийных процессах изготовления деталей пар трения, позволяет выбрать пару трения «покрытие (TiAlN-AlN) - бронза Бр.010С2Н3», обработанная по заводской технологии, как наиболее перспективную для применения в рассматриваемых распределительных золотниках.The above, as well as the fact that the bronze of Br.Su6F0.9 (VB-24) is extremely non-technological in diffusion welding used in serial processes for the manufacture of parts of friction pairs, allows you to choose a friction pair “coating (TiAlN-AlN) - bronze Br.010C2H3” processed by factory technology, as the most promising for use in the considered distribution spools.

Для проведения сравнительных ресурсных агрегатных испытаний были изготовлены опытные партии распределительных золотников без покрытия и с покрытиями (табл. 2).To conduct comparative resource aggregate tests, experimental batches of distribution spools without coating and with coatings were made (Table 2).

Figure 00000004
Figure 00000004

Искажений геометрии и шероховатости покрытых поверхностей, в сравнении с состоянием до покрытия, не выявлено.Distortion of the geometry and roughness of the coated surfaces, in comparison with the state before coating, was not detected.

Как показывают результаты ресурсных агрегатных испытаний (табл. 3), нанесение покрытия на рабочую плоскость распределительного золотника обеспечивает существенно более высокие ресурсные показатели насоса.As the results of the resource aggregate tests (Table 3) show, the coating on the working plane of the distribution spool provides significantly higher pump life.

Figure 00000005
Figure 00000005

В процессе испытаний обнаружен еще один существенный позитивный момент применения заявляемых нанослойных покрытий.In the process of testing revealed another significant positive point in the application of the inventive nanolayer coatings.

Обычно при работе насосов на авиационных топливах в зоне трения от возникновения высокой температуры образуются продукты коксования рабочей среды, что дополнительно ухудшает условия трения и значительно ограничивает ресурсные показатели пары трения. Как показали испытания, использование нанослойных покрытий практически полностью предотвращает коксование керосина на рабочих режимах агрегата, что улучшает работу трибопары.Typically, when pumps run on aviation fuels in the friction zone from the occurrence of high temperature, coking products of the working medium are formed, which further worsens the friction conditions and significantly limits the resource indicators of the friction pair. As tests have shown, the use of nanolayer coatings almost completely prevents the coking of kerosene in the operating modes of the unit, which improves the performance of the tribocouple.

Таким образом, применение нанослойных покрытий в узлах трения с распределительным золотником обеспечивает высокую надежность работы серийных и новых конструкций агрегатов и увеличивает их ресурс в 5-20 раз.Thus, the use of nanolayer coatings in friction units with a distributor spool ensures high reliability of serial and new unit designs and increases their service life by 5–20 times.

Повышение ресурса работы обеспечивается за счет:Increase in a resource of work is provided due to:

- трибологической совместимости материала покрытия с материалом качающего узла на всех эксплуатационных режимах работы насоса, с некоторым снижением коэффициента трения;- tribological compatibility of the coating material with the material of the pumping unit at all operating modes of the pump, with some decrease in the coefficient of friction;

- увеличения твердости (прочности) рабочей плоскости распределительного золотника до ≥3200 HV, при этом покрытие не изменяет исходные геометрические параметры рабочей плоскости, указанные выше;- increase the hardness (strength) of the working plane of the distribution valve to ≥3200 HV, while the coating does not change the initial geometric parameters of the working plane, indicated above;

- устранения негативного влияния продуктов коксования керосина на работоспособность пары трения.- eliminate the negative impact of coking products of kerosene on the performance of a friction pair.

Claims (5)

1. Износостойкое антифрикционное покрытие деталей пар трения, содержащее азотированный слой и слои нитрида титана и алюминия, отличающееся тем, что на азотированной поверхности детали выполнен первый слой из титана, второй слой выполнен в виде чередующихся нанослоев титана и нитрида титана, а после третьего слоя, выполненного в виде чередующихся нанослоев нитрида титана и нитрида алюминия, выполнен четвертый слой из нитрида алюминия.1. Wear-resistant anti-friction coating of parts of friction pairs, containing a nitrided layer and layers of titanium and aluminum nitride, characterized in that the first layer of titanium is made on the nitrided surface of the part, the second layer is made in the form of alternating nanolayers of titanium and titanium nitride, and after the third layer, made in the form of alternating nanolayers of titanium nitride and aluminum nitride, the fourth layer of aluminum nitride is made. 2. Износостойкое антифрикционное покрытие деталей пар трения по п.1, отличающееся тем, что первый слой из титана выполнен толщиной 0,2-0,3 мкм.2. Wear-resistant antifriction coating of parts of friction pairs according to claim 1, characterized in that the first layer of titanium is made with a thickness of 0.2-0.3 microns. 3. Износостойкое антифрикционное покрытие деталей пар трения по п.1, отличающееся тем, что второй слой выполнен в форме чередующихся нанослоев титана и нитрида титана с периодом повторяемости 10 нм и толщиной отдельных нанослов соответственно 2 нм и 8 нм, при этом суммарная его толщина составляет 0,2-0,3 мкм.3. The wear-resistant antifriction coating of parts of friction pairs according to claim 1, characterized in that the second layer is made in the form of alternating nanolayers of titanium and titanium nitride with a repeatability of 10 nm and a thickness of individual nanosynology, respectively 2 nm and 8 nm, while its total thickness is 0.2-0.3 microns. 4. Износостойкое антифрикционное покрытие деталей пар трения по п.1, отличающееся тем, что третий слой выполнен в форме чередующихся нанослоев нитрида титана и нитрида алюминия TiN-AlN (50/50) с периодом повторяемости 20 нм и одинаковой толщиной отдельных нанослоев, при этом суммарная его толщина составляет 0,5-0,7 мкм.4. The wear-resistant anti-friction coating of friction pair parts according to claim 1, characterized in that the third layer is made in the form of alternating nanolayers of titanium nitride and aluminum nitride TiN-AlN (50/50) with a repeat period of 20 nm and the same thickness of individual nanolayers, its total thickness is 0.5-0.7 microns. 5. Износостойкое антифрикционное покрытие деталей пар трения по п.1, отличающееся тем, что четвертый слой выполнен из нитрида алюминия толщиной 0,3-0,5 мкм. 5. Wear-resistant anti-friction coating of parts of friction pairs according to claim 1, characterized in that the fourth layer is made of aluminum nitride with a thickness of 0.3-0.5 microns.
RU2013152148/02A 2013-11-22 2013-11-22 Wear-resistant anti-friction coating RU2567125C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013152148/02A RU2567125C2 (en) 2013-11-22 2013-11-22 Wear-resistant anti-friction coating

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013152148/02A RU2567125C2 (en) 2013-11-22 2013-11-22 Wear-resistant anti-friction coating

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013152148A RU2013152148A (en) 2015-05-27
RU2567125C2 true RU2567125C2 (en) 2015-11-10

Family

ID=53284962

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013152148/02A RU2567125C2 (en) 2013-11-22 2013-11-22 Wear-resistant anti-friction coating

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2567125C2 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6103357A (en) * 1997-04-18 2000-08-15 Sandvik Ab Multilayered coated cutting tool
RU2430992C2 (en) * 2009-10-29 2011-10-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр газотурбостроения "Салют" (ФГУП "НПЦ газотурбостроения "Салют") Procedure for application of wear resistant coating on blades of compressor of gas turbine engine (gte)
EP2264209B1 (en) * 2004-09-10 2012-11-28 Sandvik Intellectual Property AB Method of making a coated cutting tool
RU2494170C1 (en) * 2012-04-06 2013-09-27 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" Method of making sandwich wear-resistant coatings

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6103357A (en) * 1997-04-18 2000-08-15 Sandvik Ab Multilayered coated cutting tool
EP2264209B1 (en) * 2004-09-10 2012-11-28 Sandvik Intellectual Property AB Method of making a coated cutting tool
RU2430992C2 (en) * 2009-10-29 2011-10-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр газотурбостроения "Салют" (ФГУП "НПЦ газотурбостроения "Салют") Procedure for application of wear resistant coating on blades of compressor of gas turbine engine (gte)
RU2494170C1 (en) * 2012-04-06 2013-09-27 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" Method of making sandwich wear-resistant coatings

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013152148A (en) 2015-05-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5452734B2 (en) Process for manufacturing slide elements with a coating, in particular piston rings, and slide elements
US10174841B2 (en) Piston ring for internal combustion engine
JPWO2008059791A1 (en) Chromium nitride ion plating film, method for producing the same, and piston ring for internal combustion engine
SE526481C2 (en) Surface hardened stainless steel with improved abrasion resistance and low static friction
EP2957654A1 (en) Sliding member
CN105793625B (en) Piston ring
US20080152491A1 (en) Coatings for use in fuel system components
Ye et al. An analysis of the tribological mechanism of GLC film in artificial seawater
CN101424342A (en) Mechanical sealing member and method for manufacturing same
US9181870B2 (en) Element provided with at least one slide surface for use on an internal combustion engine
RU2567125C2 (en) Wear-resistant anti-friction coating
RU141213U1 (en) WEAR-RESISTANT ANTIFRICTION COATING OF PARTS OF FRICTION COUPLES
Geaman et al. Tribological properties of thermal spray coatings
Aborkin et al. Friction and wear of nitride and carbide coatings in contact with aluminum
WO2015072954A1 (en) Wear-resistant anti-friction coating for friction pair components
EP3491162B1 (en) Sliding element for internal combustion engines
US20100206163A1 (en) Wear resistance reinforcing method and sliding structure
Escobar et al. Hafnium and vanadium nitride heterostrutures applied to machining devices
Kalinichenko et al. Development of Wear Resistant Coatings Formed by Plasma Spraying of Alloy Ni–Fe–Cr–Si–B–C System Reinforced with Ceramics Al2O3
KR20160088888A (en) Wear-resistant anti-friction coating for friction pair components
Surzhenkov et al. Comparative study of the PVD coatings on the plasma nitrided steel
Podgornik et al. Hard PVD coatings and their perspectives in forming tool applications
Volkhonskii et al. Hardening the hard-alloy edge tool used for cutting the tough-to-machine titanium alloys and chromium–nickel steels with multilayered nanostructured coatings
Sagalovych et al. The Antifrictional Coatings on the Molybdenum Base
JP5826958B1 (en) Piston ring for internal combustion engine

Legal Events

Date Code Title Description
HZ9A Changing address for correspondence with an applicant