ВЛИЯНИЕ НИКЕЛЯ НА СВОЙСТВА АЛЮМИНИЕВО-СВИНЦОВЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Аннотация

Проведены исследования механических и эксплуатационных свойств композиционных материалов, полученных жидкофазной пропиткой пористого алюминия баббитом Б16. Установлено влияние легирования алюминия никелем на комплекс свойств композита для подшипников скольжения.

Ключевые слова

Композиционные материалы, пеноалюминий, подшипники скольжения, сплавы алюминий-свинец, баббит, никель, износостойкость,

 

EFFECT OF NICKEL ON PROPERTIES OF ALUMINUM-LEAD COMPOSITION MATERIALS

Abstract

Researches are performed for mechanical and working properties of composition materials that obtained by foam aluminum infiltration in babbit B16. Effect of nickel doping of aluminum is established for properties of composition materials for friction type bearings.

Keywords

Composition materials, foam aluminum, friction type bearing, aluminum and lead alloy, babbit, nickel, wear- resistance

Композиционные подшипники скольжения системы свинец-алюминий, полученные пропиткой свинцом пористого алюминия, обладают более высокими показателями механических и эксплуатационных свойств по сравнению с традиционными подшипниковыми сплавами на свинцовой основе [1, 2]. Кроме того, предложенная технология решает основную проблему сплавов свинец-алюминий – равномерность распределения свинцовой и алюминиевой фазы в подшипнике.

Однако, применение свинца и алюминия не обеспечивает высоких показателей механических и эксплуатационных свойств композиционных подшипников. Для повышения прочности пропитывающей фазы было предложено использовать баббит Б16 с более высокой прочностью, чем свинец, а для повышения износостойкости композиционного материала предложено алюминий легировать никелем. При легировании алюминия никелем образуется твердая интерметаллидная фаза NiAl3, которая и должна обеспечить повышение износостойкости композита.

Для проведения исследований влияния легирования никелем алюминия на механические свойства композиционного материала свинец-алюминий предварительно приготавливали алюминиево-никелевый расплав с содержанием никеля 5%, 10%, 20%. Заготовку с открытой пористостью получали фильтрацией алюминиевого расплава через водорастворимые гранулы (Рисунок 1а) [3, 4], а затем поры заполняют расплавом баббита Б16 (Рисунок 1б) [1,2].

 

Для испытания механических свойств композиционных материалов изготавливали образцы размером 25х25х25 (Рисунок 2). Испытания на сжатие проводили на разрывной машине Н50КТ. В процессе испытаний строили диаграмму сжатия и определяли предел текучести и предел прочности при сжатии.

Износостойкость оценивалась по изменению линейного размера образцов композиционного материала (Рисунок 3). Испытания на истирание композиционного материала проводили на специальной установке [1, 2], при постоянной частоте вращения ролика диаметром 25мм из стали 45 - 200об/мин и постоянном усилии прижима образца к ролику– 50Н. Образцы предварительно притирались к ролику и испытывались в течение 2,5 ч.

Интенсивность изнашивания рассчитывалась по формуле:

I=h/L                                                          (1)

где h – величина изношенного слоя; L- путь трения.

Коэффициент трения композиционного материала оценивался при скольжении полированных образцов размеров 50х28х14мм по стали без смазки (Рисунок 4).

Значения предела прочности при сжатии композиционного материала алюминий-свинец составляли 52-62 МПа, а предела текучести 20-40МПа. Легирование никелем алюминия и применение баббита Б16 позволило повысить предел прочности при сжатии практически в 2 раза. Предел текучести при сжатии повысился в 2-4 раза. Плотность композиционного материала при замене свинца баббитом снижается (Табл.1) с 8,25 до 6,2 г/см3.

Легирование никелем алюминия в композите наоборот приводит к повышению плотности материала. (Табл.1).

Таблица 1 

Физико-механические свойства композиционного материала

№	Наименование материала	Плотность, г/см3	Предел текучести при сжатии, МПа	Предел прочности при сжатии, МПа
1.	Композиционный материал алюминиииий А7+свинец С0	8,15-8,25	25-40	52-62
2.	Композиционный материал алюминий легированный Ni 5 % + баббит Б16	6,2	85-90	109-113
3.	Композиционный материал алюминий легированный Ni 10 % + баббит Б16	6,31	95-100	115-121
4.	Композиционный материал алюминий легированный Ni 20 % + баббит Б16	6,55	110-113	108-121

Испытания износостойкости  показали, что легирование никелем алюминия уменьшает интенсивность изнашивания (Табл.1). По сравнению с образцами из баббита Б16 интенсивность изнашивания уменьшилась практически в 15 раз. С повышением содержания никеля интенсивность изнашивания уменьшается.

Таблица 2 

Данные испытаний образцов на истирание

Маркировка	Абсолютный Износ, мм	Относ. Износ	Интенсивность изнашивания, мм/мм
Пенобабит (Матрица из пеноалюминия А7+20 % Ni)	0,07	14,28	1,5·10-8
Пенобабит (Матрица из пеноалюминия А7+10 % Ni)	0,14	7,14	2,9·10-8
Пенобабит (Матрица из пеноалюминия А7+5 % Ni)	0,21	4,76	4,2·10-8
Бабит Б16	1,0	1	2,1·10-7

Значение коэффициента трения скольжения без смазки композиционного материала находилось в пределах 0,2-0,3, что соответствует значениям коэффициента трения баббита Б16.

Вывод:

Композиционные подшипники скольжения на основе баббита Б16 и алюминия, легированного никелем обладают более высокими показателями механических свойств, при высокой износостойкости и низких значениях коэффициента трения.

 

Список литературы

1.     Свойства композиционных подшипников скольжения/ Ю.Ю. Хохлов, А.И. Ковтунов, С.В. Мямин // IV международная научно – техническая конференция «Резниковские чтения» в двух частях. С.48-51Часть 2. Россия г.Тольятти 27-29 мая 2015 г.

2.     Технология формирования и свойства алюминиево-свинцовых подшипников скольжения/ А.И. Ковтунов, Ю.Ю. Хохлов, И.В. Новский / В мире научных открытий №4.1. (64), 2015г. С.627-634

3.     Способ получения алюминиево-свинцовых подшипников скольжения: Ковтунов А.И., Хохлов Ю.Ю., Семистенов Д.А. пат. 2453742 Р.Ф №2010152836/11; заявл. 23.12.2010; опубл. 20.06.2012 Бюл. №17.

4.     Ковтунов, А.И.  Исследование процессов формирования пеноалюминия  фильтрацией через водорастворимые соли / А.И. Ковтунов, Д.А. Семистенов, Ю.Ю. Хохлов, Т.В. Чермашенцева// Технология легких сплавов. -2011 №4.-С.74-78.